Instalações Hidráulicas_Archibald Joseph Macintyre

Sumário 1

Instalações de Água Potável, 1 1. I Introdução, 1 1.2 Abasteciinent? de Água aos Prédios, 1 1.3 Consumo de Agua nos Prédios, I6 1.4 Reservatórios, 2 1 1.5 Determinação das Perdas de Carga, 25 1.6 Elevação Mecânica da Agua - Bombeamento, 35 1.7 Dimensionamento dos Encanamentos, 68 1.8 Instalação Hidropneumática, 102 1.9 Instalações de Distribuição com Bombeamento Direto, 120 1.10 Captação de Agua de Poços, 126 1.11 Recebimento de Instalaçóes Prediais de Água Fria, 134 Referências, 134

2 Esgotos Sanitários, 136 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Introdução, 136 Sistemas Públicos dc Esgotos, 136 Terminologia, 137 Simbologia. 161 Pei;as, Dispositivos, Aparelhos Sanitários e de Descarga Empregados nas Instalações de Esgotos, 161 2.6 Elementos Básicos para o Projeto de Instalação de Esgotos Sanitários, 188 2.7 Tratamento de Esgotos, 219 2.8 Projeto de uma Instalação de Esgotos, 271 Referências, 279

3 Águas Pluviais, 281 3.1 Consideraçdes Gerais, 28 1 3.2 Esgotamento de Aguas Pluviais de Pequenas Áreas, 282 3.3 Esgotamento dr Aguas Pluviais de Areas de Mtdia Extensào, 293 Referências, 323

4

Instalações de Proteção e Combate a Incêndio, 324 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9

Generalidades, 324 Classes de Incêndio, 325 Natureza da Instalação de Combate a Incêndio Relativamente ao Material Incendiado, 325 Classificação das Edificações, 330 Instalações de Combate a Incêndio com Água. Caracterizapio dos Sistemas Empregados. 330 Instalação no Sistema sob Comando com Hidrantes, 336 Casos Especiais de Instalação, 342 Indicações sobre o Emprego de Mangueiras, 346 Bomba para Combate a Incêndio, 349

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lnstalaçòes Hidráulicas

4.10 Especificações dc Bombas contra Incêndios, 352 4.11 Especificaçáo dos Materiais da Rede de Incêndio, 357 4.12 Sistema de Chuveiros Automáticos, 357 4.13 Extintores Poriáieia e sohre Rodas. 38 1 4.14 Projetos de Instalação de Combate a Incêndio em Edifícios, 3x3 4.15 Instalação de Combate a Incêndio com Espuma, 383 4.16 Nebulizadores para Resfriamento de Tanques, 398 4.17 Sistema de Alarme contra Incêndio, 398 Referências, 401

5 Instalações de Água Gelada, 403 5.1 Introdução, 403 5.2 Noções sobre o Processo de Refrigerac;ão, 403 5.3 Diagrama Entrópicu, 405 5.4 Equipamento para Produção de Água Gelada, 407 5.5 Dados para Elaboração do P ~ j e t ode Instalação para Água Gelada Potável. 408 5.6 Refrigeração Iiidividu?l da Agua, 409 5.7 Instalação Central de Agua Gelada Potável, 41 0 5.8 Instalações Compactas, 419 Referências, 419

6 Resfriamento da Água, 420 6.1 Generalidades, 420 6.2 Torres de Resfriamento ou de Arrefecimento, 420 6.3 Escolha de unia Torre de Resfriamento, 423 6.4 Instalaçáo com Torres de Resfriamento. 429 6.5 Controle do Sistema, 429 6.6 Torres de Resfriamento em InstalaçOes de Água Gelada Industrial, 432 Referências, 432

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Instalações de Água Quente, 433 7.1 Generalidades, 433 7.2 Modalidades de Instalação de Aquecimento de Água, 433 7.3 Consumo de Agua Quente, 433 7.4 Vxzão das Peças de Utilização, 434 7.5 Funcionamento das Peqas de Utilização, 434 7.6 Pressões Mínimas de Serviço, 435 7.7 Pressão Estática Máxima' 435 7.8 Velocidade Máxinia de Escoamento da Água, 435 7.9 Perdas de Carga, 435 7.10 Diâmetro Mínimo dos Sub-ramais, 435 7.1 1 Produção de Agua Quente, 435 7.12 Aquecimento Elétrico, 437 7.13 Aquecimento com Gás,, 444 7.14 Instalação Ccntral de Agua Quente, 445 7.15 Produçáo de Agua Quente nas Instalações Centrais, 448 7.16 Cálculo das Instalayóes de Agua Quente, 454 7.1 7 Ohservaçoes Quanio à 1nstalac;àode Agua Quente. 461 7.1K Aquecedores com Energia Solar' 464 Referências. 469

8

Tratamento da Água, 471 8.1 Considerações Gerais, 471 8.2 Condições de Potabilidade da Água, 471

8.3 Grandezas Características das Condições da Água, 472 8.4 Tratamento da qgua para Torná-la Potável. 474 8.5 Tratamento da Agua para Fins Industriais, 482 Referências. 489

9

Instalações de Vapor, 490 9.1 Considcraçõcs Preliminares, 490 9.2 Fornias de Vapor. 49 1 9.3 Calor Sensível e Calor Latente, 49 1 9.4 Condensação de Vapor, 492 9.5 Constituição Essencial de um Sistema de Produção e Distribuição de Vapor, 492 9.6 Tubulações de Vapor, 493 9.7 Captação e Remoção do Condensado, 498 9.8 Tubulação de Retorno do Condensado, 507 9.9 Redução de Pressão do Vapor, 5 15 9.10 Eliminação do Ar nas Linhas de Vapor, 5 17 9.1 1 Vapor de Reevaporaçào, 5 18 9.12 Dilataqáo Térmica das Tubular;úes, 5 19 9.13 Distância entre Guias de Tubulações. 522 9.14 Esforços nos Apoios Fixos, 523 9.15 Flexibilidade das Tubulações, 523 9.16 Isolamento Térmico das Tubulações, 524 9.17 Suportes para Tubulações, 524 9.18 Casa de Caldeiras, 525 9.19 Caldeiras Elétricas, 528 9.20 Portana do Ministério do Trabalho sobre Caldeiras Estacionárias a Vapor, 530 Referências. 53 1

10 Ar Comprimido, 532 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7

Importância do Emprego do Ar Comprimido, 532 Produção do Ar Comprimido, 533 Características dos Vários Tipos de Compressores, 533 Consumo Específico, 542 Descarga Livre Padrão (DLP) ou Descarga Livre Efetiva (DLE), 544 Fatores a Considerar na Escolha do Compressor, 545 Fundamentos de Termodinâmica Aplicáveis aos Compressores e as Instalações de Ar Comprimido, 545 10.8 Instalação de Ar Comprimido, 559 10.9 Secagem Total de Ar Comprimido. 587 Referências. 590

11

Instalação de Gás Combustível, 591 1 1.1 11.2 11.3 1 1.4 1 1.5

Generalidades, 59 1 Terminologia, 592 Ramais, 593 Localiza$ão de Medidores, 594 Instrução Técnica n." TT-l da CEC Capacidades Nominais dos Aparelhos de Utilização ou Consuinos a serem Empregados nos Dimensionamentos, 604 11.6 Coniprirnentos, Tabelas, Regras e Modelos de Folhas de Cálculos a serem Empregados no Dimcnsionamenro, 604 11.7 Casos em que se Pode Deixar de Construir Instalações de Gás para Aquecimento de Água, 609 11.8 Instruções para Utiliza~ãodas Tabelas 11.4: 1 1.4a; 1 1.5; 1 1 .5a: 1 1.7; 11.7a; 11.8; 11.8a, 620

xii

Instalações Hidráulicas

11.9 Condições Gerais para Execução da Instalaçjo das Tuhulaqòes para Gás de Rua, 620 11.10 Aparelhos de Utilização e Sua Adequação aos Ambientes, 621 1 1 . 1 1 Chaminés, 623 11.12 Projeto de Instalagões de Gás, 634 11.13 Execuqão das Instalacões. 639 I I. 14 Da Aceitação. 639 1 1.15 Sensor Hard Gass GC- I O, 639 1 1.16 Sensores de Gás, 640 Referências, 640

12 Gás Liquefeito de Petróleo, GLP, 641 12. I Generalidades, 64 1 12.2 Distribuição do GLP, 641 12.3 Pressão de Utilização, 642 12.4 Modalidades de Instalações de GLP, 642 12.5 Dimensionamento das Tubulaqões para GLP, 645 12.6 Propriedades Físicas do GLP, 65 1 12.7 Transferência de GLP em Estado Líquido, 652 12.8 Instalações de Vaporizacão do GLP, 653 12.9 Exigências Quanto às Instalações de GI.P, 654 12.10 Extinção de Incêndio em Cabine de Cilindros de GLP. h55 Referências, 655

13 Fluido Térmico, 656 13.1 Considerações Gerais, 656 13.2 Sistemas de Aquecimento com Fluido Térmico, 657 13.3 Dados Complementares, 660 13.4 Emprego do Sistema de Fluido Térmico. 661 13.5 "Vaporizadorcs" para Fluidos Térmicos. 662 Referências, 662

14 Instalação de Oxigênio, 663 14.1 Considerações Gerais, 663 14.2 Aplicações do Oxigênio. 663 14.3 Instalação de Suprimento de Oxigênio, 663 14.4 Dados para o Projeto. 664 14.5 Material Empregado, 665 14.6 Dimensionemento das Tubulações de Oxigênio. 665 14.7 Tanques para Armazenamento de Oxigênio Líquido, 667 14.8 Vaporização do Oxigênio Líquido, 668 14.9 Esquema Básico do Sistcma de Armazenagem de Oxigênio Líquido, 668 14.10 Proteção das Tuhulaçõcs para Oxigênio, h70 14.1 1 Instalação Hospitalar Típica, 670 Referências, 672

15 Materiais Empregados em Instalações, 673 15.1 Consideraç&s Gerais, 673 15.2 Tubos, 673 15.3 Conexões ou Acess6rios (Fiftinxs), 683 15.4 Válvulas, 693 15.5 Tubos e Conexões Diversas, 701 Referências. 702

16 Orçamento, 704

17 Biodigestores e Biogás, 706 17.1 Iiitrodupio, 706 17.2 Biomassas, 706 17.3 O Biogis, 708 17.4 Dosageni da Bicimassa para Emprego iio Biodigestor, 7 10 17.5 Condiçks para o Bom Funcionamento do Biodigestor, 7 10 17.6 Biofertilizantes. 710 17.7 Biodigcstores, 7 11 17.8 Emprego do Biogás, 71 1 17.9 Produção do Biogás. 712 17.10 Definições de Termos Usados no Processo de Biodigcstão, 7 12 17.11 Dimensionamento dos Biodigestorcs, 712 Referências, 720

18 Tabelas Úteis, 722 Índice Alfabético, 729

Instalações de Água Potável

A importância do conhecimento do tema deste capítulo é de evidência imediata. O uso de água fria potável nos prédios constitui condição indispensável para o atendimento das mais elementares condições de habitabilidade, higiene e conforto. Apesar de essa realidade não ser negaaa por ninguém, na prática às vezes ela se apresenta de modo diverso. O abastecimento público de água pode apresentar-se de modo deficiente ou insuficiente. Há quem procure reduzir o custo da conitruyáo de um prédio sacrificando as instalações. seja com o inadequado emprego de ccrtos materiais, seja com o subdimensionaniento diis encanamentos, peças e equipamentos. O desconforto. os prejuízos e as questões que decorrem do descaso para com o projcto, as especificaqões e a execução das ins(alac;óes, infelizmente, são realidades que ninguém ignora e que muitos cxperiiueiitam pessoalmente. As entidades iriunicipais ou estaduais, cuja inissio é abastecer de igua as cidades, procurando agir eni defesa dos interesses do consumidor, em muitos casos estabelecem normas, regulamentos e exigências referentes à elaboração dos projetos, ficando a ligação do ramal de abastecimento de água ao prédio dependendo da prévia aprovaqão desses projetos. Em novembro de 1982 foi aprovada a Norma NBR-5626 da Associação Brasileira de Normas Técnicas, que substituiu a NB-92, de 1980. Essa norma representa. sem dúvida, valiosa contribuição para a melhoria do nível técnico dos projetos c das i?stalações prediais de água fria. E escusado diaer que. no desenvolvimento deste capítulo, devrremos ater-nos à NBR-5626182 comoum roteiro, que, segundo mcnciona a própria noma. fixa cxigências tlcnica.r mínimas, quanto a higiene, segurança, economia e coníiirto dos usuários. Os estudantes, projetistas e profissionais quc lidam coiu instalações hidráulicas não podem prescindir da consulta e utiliraqão da NBR-5626182 e de outras normas inencionadus na bibliografia, as quais devem fazer parte de suas bihliotecas. Devem também procurar ter ciência de alteraçòei que venham a ser introduzidas nas normas e de novas normas que tenham relação coni instalaçòes.

As redes de ab?stecimento de água potável das cidades compreendem as adutorus, as linhas alimrntudor~~s e as linhas disiribuidi)rus. As primeiras é reservado o papel de aduzir a água dos mananciais as estações de tratamento e dessas aos reservatórios principais, estabelecendo a intercomunicação entre eles. As linhas alimentadoras servem para o abastecimento de reservatórios secundários e das linhas distribuidoras. Unicamente a essas últimas cabe o encargo de fornecer igua i s derivações para o abastecimento de cada prédio. A inexistência de uma linha alimenradora no local onde vai ser constmído um prédio pode exigir o recurso à capta$ao de igua de poços. Certas indústrias, para as quais a falta de água representaria prejuízos muito graves. possuem instalações de poços para atendimento a situações de eiiiergência. Por essa razão. abordaremos mais adiante algumas indicaç k s sobre captagão de poyos. Excepcional e casualmente pode exisiir um riacho, córrego ou n o de onde a água pode ser retirada, tratada ou não. conforme suas propriedades e condiçòes de potabilidade, constituindo-se numa forma de abastecimento ou suprimento particular de extraordinário valor.

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Instalaçõ~sHidráulicas Predinis e Industriais

1.2.1 Ramal de abastecimento O abastecimento de água aos prédios é feito a partir do encanamento distribuidor público por meio de um ramal predial, o qual compreende: - Ramalpredialpropriamente dito, ou ramal externo. É o trecho do encanamento compreendido entre o distribuidor público de água e a instalação predial caracterizada pelo aparelho medidor ou limitador de descarga, o qual é considerado como parte integrante do ramal externo. - Alimentadorpredial ou ramal interno de alimenrafüo. É o trecho de encanamento que se estende a partir do aparelho medidor ou limitador de consumo, isto é, do ramal predial at6 a primeira desivação, ou até a válvula de flutuador (torneira de bóia) à entrada de um reservatório.

1.2.1.1 Ramal predial Quando o assentamento do distribuidor público se fizer após a constmçáo do prédio, isto é, tratar-se de "rede nova", a ligaçio pode ser feita com a colocação de um T na própria rede. Isto acontece quando se instala um ramal novo ou de maior capacidade, após haver sido construido o prddio ou em decorrência da ampliação de suas instalaçóes.

Fig. 1.1Máquina da Mueller Co. para ahnr e rosquear furo e colocar registro de derivação com a rede pública.

Fig. 1.2 Registro de derivagão.

~nstníaçõesdr Agun Potável

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Se o distribuidor público já estiver pronto quando o prédio for construido, haverá várias soluções para a inserção d o ramal externo: ls Fechar os registros do distribuidor, isolando assim o trecho onde será executado o ramal; fazer um furo no distribuidor, abrindo rosca e m seguida. Atarraxar depois o chamado registro de derivação. Este, se fechado, possibilita a reabertura dos registros d o disüibuidor enquanto se completa a ligação do encanamento do ramal predial. 2' Com o encanamento distribuidor em carga, pode-se usar uma máquina como a d a Mueller Co., que fura, abre rosca e adapta o registro de derivação. É necessário que o encanamento distribuidor esteja em bom estado para possibilitar o rosqueamento. Pode-se fazer derivações, isto é, ramais com até 2 112" (60 mm) d e diâmetro. A Fig. 1 .I mostra a máquina Mueller R-2 adaptada a um encanamento; e a Fig. 1.2, um registro de derivação d o mesmo fabricante. A Fig. 1.3 mostra os vários estágios da operação usando a referida máquina. 3 V o m o encanamento em carga, porém sem nele abrir rosca para inserir o registro de deriva~ão.

Fig. 1.3 Ligação de ramal com linha em carga usando máquina da Mueller Co. I. A parte inferior da máquina contendo o mecanismo da válvula C adaptado à rede. A broca e o macho são colocados na pane superior

da máquina, no dispositivo de fixação da broca. 2. A parte superior da máquina. já com a bmca adaptada, é presa na se$ão inferior. A válvula foi aberta para que a broca descesse à posi~áode furar. 3. A broca penetrou a parede do encanamento. A pressão da água faz com que penetre na câmara da máquina. 4. A broca com o macho penetra, à medida que vai sendo aberta a rosca no cano. 5. O mandril com a broca foram erguidos acima da câmara inferior. A vhlvula de retenção se fecha, impedindo a saída da igua. O dispositivo superior pode ser retirado sem perda de água. 6. O sistema de mandril, broca e macho foi retirado. Em seu lugar - se adapta uma luva com o registro - de derivação. 7. O dispositivo superior, com oregistro de derivação atarraxado. é novamente adaptado à parte inferior do equipamento. 8. Girando-se a alavanca, a haste desce. adaptando o registro ao furo que havia sido feito. O registro vai sendo atarraxado no furo rosqueado. 9. A ligação está terminada. A máquina pode ser removida e feita a ligação do ramal com o registro fechado. Terminada a ligação, abrese o mesmo

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Instuluções H~drnulicasPrediais e lndustrinis

Utiliza-se, então, o colar de tomada, também chamado bridge ou colar de luneta. Este dispositivo permite fazer a colocação do regiswo de derivação também sem necessitar interromper o abastecimento de água na rede pública. Usa-se em distribuidores públicos, em geral com até 30 cm de diâmetro. O colar de luneta é uma espécie de calha ou braçadeira, com furo rosqueado para adaptaçâo do registro de denvaçâo, que é apertada de encontro ao tubo por meio de outra calha, utilizando parafusos e porcas, ou então uma ou duas braçadeiras rosqueadas para efetuar o aperto por meio de porcas. Entre o encanamento e o colar coloca-se uma placa ou lâmina de chumbo. de amianto ou neoprene (que é colada no local), para se obter a estanqueidade necessária. A operação consiste na adaptação do colar e do registro de derivação ao colar. Aberto o registro, com uma máquina de furar elétrica perfura-se o encanamento público, introduzindo, para isso, a broca no interior do registro. Ao ser furado o encanamento, a água sai, mas retira-se rapidamente a máquina, fechando-se então o registro de macho de derivaçâo. Em seguida se executa o ramal de derivação. Quando este estiver pronto, abrir-se-á definitivamente o registro de derivação. A Fig. 1.4 é um colar de luneta tipo braçadeira.

Fig. 1.4 Colar de luneta tipo braçadeira

Do registro de derivação, também chamadoferrule, parte o ramal predial externo. Para diâmetros até 2" o ramal pode ser executado em chumbo reforçado tipo água, em cobre ou PVC. Para diâmetros acima de 2", o ramal é executado em ferro fundido, obrigando a inserção de um T e um registro de gaveta.

Fig. 1.5 Colar de tomada de PVC com travas, Tigre.

Fig. 1.6 Colar de tomada de PVC com parafusos, Tigre.

Fig. 1.7 Ramal predial com colar de tomada de PVC

BlTOIAS D

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I

ref

Fig. 1.8 Colar de tomada de ferro fundido para tubo Vinilfer (de PVC com conexões de feno fundido, F$J.

Nas ligaçks de chumbo, cobre e PVC, a saída do registro de derivação, dá-se uma curvatura ao tubo, ou usa-se peça pronta chamadapescoqo de ganso. Essa pesa evita que o ramal se rompa. mesmo com a txepidação devida ao tráfego e i acomodaqâo d o terreno, o que poderia ocorrer se o tubo estivesse esticado. A Fig. 1.9mostra esquematicamente um ramal de abastecimento de água, podendo-se observar as peças constitutivas do ramal externo e do ramal interno. A Cia. Hansen Industrial fabrica colar de tomada especial para derivação de ramal predial em PVC.

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1iisfalaçóesHidráulicas Predidinis e lndushiais

L I M I T E DA PROPRIEDAOE uÁx1uo

I

L-

RAMAL EXTERNO

OU

DISTRIBUIDOR IENCINAMENTO

1.so.

PREDIAL

i

L

RAMAL INTERNO OU A L I M E N T A D ( ~ ~ PREDIAL

DA REDE P ~ B L I C A I

Fig. 1.9 Esquema de um ramal de abastecimento d'dgua (sistema usual).

Registro de fecho Em algumas municipalidades é adaptado ao ramal externo no trecho sob o passeio um tipo de registro de fecho denominado depasseio, o qual é colocado numa caixade dimensões tais que a manobra do registro só pode ser realizada com uma chave de boca com haste longa e cruzeta naextremidade. A finalidade do registro é possibilitar à repartição competente desligar a água sem penetrar na propriedade particular. Algumas municipalidades aboliram o emprego do registro de passeio. Optaram por recorrer à cobrança judicial em caso de não pagamento da taxa de água (ou saneamento), em vez de sumariamente cortarem o fornecimento da água.

1.2.1.2 Medição de consumo de água O ramal externo termina no hidrômetro. isto é, no aparelho medidor do consumo de água. Na caixa onde é colocado o hidrômetro existe um registro de pressão (de macho) ou de gaveta no ramal externo e um registro de pressão ou de gaveta no ramal interno. Pode ser exigido, ainda, um filtro antes do hidrômetro, provido de tela facilmente removível para realização da limpeza. Note-se que todo o material do ramal externo, inclusive o hidrômetro. é fornecido pelo órgão público competente, o qual, evidentemente, o inclui no orçamento de ligação do ramal. A instalação do hidrômetro é requisito para uma cobrança de valor justo para a água consumida, além de ser fator importante de economia no gasto. Têm sido utilizados como solução provisória, devido à falta ocasional de hidrômetros ou de aparelhamento fiscal paraefetuaras medições mensais, os limitadores de vazão, conhecidos também comopenas d'água e suplementos. Apena d'água é um tubo de pequeno comprimento com um estrangulamento tal que pela perda de carga oferecida ao escoamento reduz a descarga que entra no ramal interno a valor prefixado. Nada pode medir. evidentemente: apenas limita o consumo, numa tentativa de evitardesperdícios. O suplemento tem a mesma função: é um tubo de bronze ou de ferro fundido ao qual se pode adaptar um disco ou pastilha com um orifício central de diâmetro compatível com a descarga que o úrgáo público pretende proporcionar ao consumidor. A dimensão longitudinal do suplemento é a mesma da do hidrômetro padronizado que está provisoriamente substituindo, seja pela falta de hidrômetro, seja pela sua eventual retirada para reparo, aferição ou revisão. A Fig. 1.10 mostra um tipo de suplemento, e a Fig. 1.11, a instalação tal como se apresenta.

Fig. 1.10 Suplemento ou limitador de consumo.

Insfalaçõts de Agua Potável

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Fig. 1.11 Instalação de um suplemento lacrado.

Fig. 1.12 Cavalete de tubo de cobre para hidrômetro, proposto pela MBCO e adotado pela Cedae, do Estado do Rio de Janeiro.

Cada municipalidade adota uma modalidade de cavalete para a instalação de hidrômetro ou suplemento. Vemos, por exemplo, na Fig. 1.12 o modelo de cavalete de cobre proposto pela NIBCO para a CEDAE no Rio de Janeiro; e na Fig. 1.13, o esquema correspondente a tubo de ferro galvanizado adotado pelo Saneago - Saneamento de Goiás S.A. A Hansen Indystrial propõe uma solução prática para a instalação do hidrômetro ou do limitador de vazão até que esse seja instalado. E o denominado Kit Cavalete Tigre. Na Fig. 1.14, vemos duas variantes desse cavalete com o emprego do mesmo número de peças, e na Fig. 1.15, o hiddmetro nele instalado. E fácil perceber que, sendo variáveis as condições da linha piezométrica da rede pública, penas ou suplementos com o mesmo diâmetro de orifício permitirão descargas diferentes, conforme a maior ou menor pressão no ponto de ligação do ramal a rede. O hidrbmetro é instalado em uma caixa de alvenaria ou de concreto, que pode eventualmente ser enterrada, desde que dotada de tampa hermética ou localizada onde não ocorra entrada de água pluvial. Em geral, o órgão público a quem o fornecimento de água está afeto estabelece as medidas mínimas para as caixas de hidrômetros, em função do tipo, marca e capacidade dos mesmos e dos acessórios (filtro, registros etc.) que exige.

Fig. 1.13 Cavalete para montagem de hidrômetro de 3 c 5 m3ihadotado pela Saneago-Saneamento de Goiás.

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lnsialaçõ~sHidriulicas Predinis r Industriars

I

P

~

/

AQUANTIDADE

/

DISCRIMINA~AO

I

Tubo PVC ngido 1 2 w 3 4 x 70mm

1

7

2

Tubi PVC iigdo i 2 w 3 4 x 2mmm

6

1

Tubi PVC nyido 1 2 x 2mmm ou 3 4 x 290 mm

1

1

2

1 Tubo aleiado R8 12. ou 5 4

1

Fig. 1.14 Kit Cavalete Tigre para hidrômetro e limitador de consumo

Tipos de hidrômeiros São dois os tipos empregados em instalações prediais: Hidrômetros volumétricos. Usados geralmente para pequenas descargas. Baseiam-se na medição direta do número de vezes que uma câmara de volume conhecido é enchida e esvaziada pela ação de um êmbolo dotado de movimento alternativo, ou de um disco rotativo de forma especial. ou. ainda, um disco oscilante. Exigem água sem detritos ou substâncias estranhas, o que constitui um óbice para sua utiliza$ão sem o emprego de filtros.

-

Fig. 1.15 Kit Cavalete Tigre com hidrgmetro instalado.

Instalações de A p a Potável

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Fig. 1.16 Hidrômetro Schlumberger.

-

Hidrômetros taquimétricos (de velocidade). Baseiam-se na dependência que existe entre a descarga e a velocidade de rotação do eixo de um rotor dotado de palhetas, ou de um molinete (hélice axial) colocado numa câmara de distribuição. Essa dependência é traduzida por-um coeficiente obtido experimentalmente. Geralmente, são mais simples, de construção mais fácil, menorcusfo que os volumétricos, e, por isso mesmo, mais empregados.

Grandezaspróprias dos hidrômeiros

Chama-se descarga característica, ou vazão de plena carga de um hidrômetro, a descarga horária em escoamento uniforme expressa em metros cúbicos, sob a carga de 10 m de coluna de água (100 kPa) e que indica, portanto, a capacidade do hidrômetro. Os hidrômetros para instalações prediais possuem as seguintes descargas características (DC):3,5,7, 10.20 e 30 m3/h. Início defuncionamento é a vazão horária apartir da qual o hidrômetro comqa a funcionar, fornecendo, de maneira contínua, indicaçües do consumo. Limite de sensibilidade é a descarga (vazão horária) especificada, sob a qual o hidrômetro entra em funcionamento. Limite inferior de exatidão é a descarga a partir da qual o hidrômetro começa a dar indicações de consumo exatas, melhor dizendo, com erros insignificantes dentro das tolerâncias de e m preestabelecidas. Os hidrômetros volumémcos, quando novos, possuem maior sensibilidade e menor limite inferior de exatidóo que os taquimétricos. Existe uma certa descontinuidade no consumo de água da linha de distribuição e mesmo no próprio suprimento de água, de modo que a pressão com a qual a água penetra no prédio, vinda pelo ramal, também varia, o que afeta o valor da descarga real ou efetiva, uma vez que a pressão atuante seriadiferente daquela prevista na calibragem do hidrômetro e que proporcionava a descarga característica (DC). Por isso, para se obter a descarga efetiva, multiplica-se a DC por um fator denominadofator de carga, que pode ser encontrado em tabelas utilizadas pelas entidades públicas, às quais compete o fornecimento de água. Existem hidrômetros de mostrador seco e hidrômetros de mostrador submerso ou molhado. Devido aos problemas que surgem nos do segundo tipo quando a água não é muito limpa, preferem-se os de mostrador seco na maioria dos casos. A escolha do tipo de hidrômetro e de suas caractensticas é da competência do órgão público, sob cuja responsabilidade se acha o abastecimento de água da localidade. Náo cabe ao instalador proceder à sua escolha, mas entender-se com a entidade em questão para dimensionar sem surpresas o ramal interno e a caixa do hidrômetro. Quando as descargas a serem medidas forem muito grandes, empregam-se medidores baseados na utilização do pnncípio hidráulico do tubo Venturi.

1.2.2 Sistemas de abastecimento e distribuição Conforme a existência ou não de uma separação perfeitamente definida entre a rede pública e a rede interna do prédio, classificam-se os sistemas de abastecimento em sistema direto, sistema indireto e sistema misto.

1.2.2.1 Sistema direto de distribuição A alimentação da rede interna de distribuição é feita diretamente pelo alimentador ou ramal predial. Esta modalidade requer abastecimento público com continuidade, abundância e pressão suficiente, pois não existe qualquer reservatório no prédio. A rede interna é, por assim dizer, uma extensão da rede pública, e a distribuição interna é ascendente. O sistema direto tem sido adotado em muitas cidades européias por apresentar economia com a dispensa dos reservatórios. Embora referido na NBR-5626182,não é usado em nossas cidades, por faltarem os requisitos que viabilizam sua adoção, ou, então. por tratar-se de "arranha-céus" - que exigiriam uma pressão a que a rede pública não tem condições de atender.

1.2.2.2. Sistema indireto de distribuição Adotam-se reservatórios para fazer frente à intermitência ou irregularidade no abastecimento de água e às variações de pressáo na rede pública decorrentes das varia~õeshorárias de consumo. Este sistema permite que a rede pública em vez

10

Insfalaf6es Hidráulicas Prediais e Industriais

de ser dimensionada para a descarga máxima (que pode atingir quase três vezes a descarga média) seja projetada para atender à descarga média. Dois casos podem apresentar-se: a) A pressão da rede pública é suficiente para abastecer um reservatório de acumulação, que 6 colocado na parte mais elevada do prédio. A distribuição interna é feita paitindo deste reservatório (Fig. 1.17). b) A pressão da rede pública é insuficiente para abastecer um reservatório elevado. Emprega-se um reservatório em cota reduzida, até mesmo abaixo do nível do meio-fio, de onde a água é recalcada por bombas que, conforme o tipo de instalação, abastecerão: - um reservatório elevado, do qual partirá a rede de distribuição interna por gravidade; - um reservatório metálico, onde? água ficará pressurizada, e alimentará, por meio de uma rede de encanamentos, os aparelhos de consumo. E a chamada instalação de água pressurizada, ou sistema hidropneumático, de que trataremos mais adiante. Vejamos os esquemas básicos destas instalações, em nível de esboço e não ainda de projeto.

Fig. 1.17 Sistema indireto. Fornecimento intermitente, com pressão

1 T a s o : Um reservatório elevado. E o que mostra a Fig. 1.18.

Fig. 1.18 Sistema indireto. Fornecimento intermitente e sem pressão. Um reservat6rio superior dividido em duas seçóes

ZQCaso:Mais de um reservatório elevado. Se o número de pavimentos conduzir a uma pressão máxima na coluna, superior a 40 mca (400 kPa), pode-se optar pela solução indicada esquematicamente na Fig. 1.19, de se constmir dois reservatórios elevados (ou mais, conforme a altura do edifício) de modo que cada um atenda att um total de 12 a 13 pavimentos.

Insfalaçiies de Agua Potável

11

Fig. 1.19 Sistema indireto. Fornecimento intermitente e sem pressão. Mais de um reservatório elevado

A dificuldade de realizar um banilete intermediário para distribuição da água pelo reservatório correspondente tem levado os projetistas a preverem apenas reservatório superior e a empregarem válvulm de redução depressão, em vez do reservatório intermediário, não obstante a necessidade de a válvula ser de excelente qualidade e o inconveniente de exigir ocasionais regulagens. A Fig. 1.20 mostra dois esquemas propostos pela Niagara S/A, conceituado fabricante de válvulas, para a instalação de estaçõed de válvulas de redução de pressão, podendo-se ver na Fig. 1.20B a solução de colocar a válvula ao pé da coluna para evitar que, havendo necessidade de uma regulagem na válvula, se tenha que incomodar morador ou ocupante de andar intermediário. Nos detalhes A e B, acham-se indicados: I. Válvula automática de redução de pressão, sempre instalada em posição vertical (tubulação horizontal). 2. Manòmetro para ajustagem da pressão de saída. 3. Válvula de gaveta ou de globo para drenagem da linha. 4. Uniáes, para permitir a desmontagem das peças. S. Desvios (by-pass), para evitar a intenupção do suprimento de água à coluna durante a manutenção ou reparos. 6. Válvulas de gaveta, normalmente abertas. 7. Válvula de gaveta. normalmente fechada. 3QCaso: Sistema hidropneumático ou de pressurização de ógua. A instalação correspondente a um sistema hidropneumitico consiste essencialmente em um reservatório de aço; uma instalação de bombeamento do reservatório inferior para o reservatório de pressurização referido; uma rede de distribuição de água pressurizada; um dispositivo para repor no reservatório o ar que aos poucos for se dissolvendo na água; pressostatos ou sensores de pressão (ou eletrodos indicadores de nível); manômetro e todo o equipamento elétrico necessário ao acionarnento, proteção e controle do motor da bomba. O funcionamento B simples. Quando, em conseqüência do consumo, o nível da água baixa no reservatório cilíndrico de pressurização,uma válvula, ou pressostato, ou. ainda, um sensor elétrico. fecha um circuito eléFco, atuando num contator, o que faz a bomba funcionar, enchendo o reservatório com a água do reservatório inferior. A medida que a água sobe, aumenta a pressão interna no reservatório e o colchão de ar superior se comprime, funcionando como um amortecedor e armazenando energia. Quando a água atinge certo nível que comesponde B maior pressão de serviço, um pressostato ou

12

Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais

DETALHE 6

DETALHE

A

A

Fig. 1.20 Estações de vilvulas de redução de pressão

sensor eléhico desliga o circuito, e a bomba cessa de funcionar. Ao atingir um nível superior prefixado, um sensor permite à corrente elétrica acionar o motor de um compressor de ar.

Instalações de certo porte exigem a instalação do compressor de ar, o qual em instalações para pequenas vazões pode ser substituído por um carregador de ar. A Fig. 1.21 mostra a instala@o do equipamento para pressurização da água, e a Fig. 1.22 indica uma solução empregando dois sistemas hidropneumáticos num mesmo edifício, cada um para atender h faixa de pressão correspondente a um certo número de pavimentos. Em vez de se colocar um dos barriletes na cobertura, como indicado na Fig. 1.22, se o projeto

Fig. 1.21 Resemat6rio hidropneumático e instalação de bombeamento.

BIiMILCTE

I

x

SUPERIOR

x

I

r

Fig. 1.22 Instalação de dois sistemas hidropneumáticos em um edifíciocom grande número de pavimentos

arquitetonico o permitir, faz-se esse barrilete alimentando as colunas de baixo para cima. Isto, parém, é quase sempre inviável. pois os registros das colunas teriam de ficar em área de uso privativo. Entretanto, eventualmente, os registi-os poderão ficar no teto do subsolo. Uma instalação hidropneumática supõe c!idados de manutençoo e não deve ser considerada como uma alternativa normal da instalação com reservatório superior. E, porém, muito utilizadaem instalações industriais para dispensar a construçáo de castelos d'água (reservatórios sobre torres ou estruturas) por demais elevados; em residências cujo projeto arquitetônico não admite um reservatório na cobertura; em edifícios cujas limitações de área, gabarito, estrutura ou concepção arquitetônica não tomem possível ou aconselhável o emprego dos reservatórios elevados.

Fig. 1.23 Sistema misto de distribuiçáo.

14

Instnlnçòes Hidráiriicns Prediais e Otdirsfrinis

CASTELO d d 0 u A

-ALIMENTADOR

7

L 2 BOMBAS

~ O U A PARA L I M P E L I OU USO

INDUSTRIAL

~ r s r n v ~ r d COM ~ i o e stçbrr

Fig. 1.24 Sistema misto de abastecimento de uma fábrica.

4 T a s o : Sistema misto de distribuição. Tal como é entendido pela NBR-5626182. trata-se de uma combinação de dois dos sistemas mencionados, por exemplo, o direto e indireto, isto é, uma parte da instalação é ligada diretamente à rede pública, enquanto a outra, ao reservatório predial. A Fig. 1.23 mostra um prédio de dois pavimentos, com sistema misto. Duas torneiras de limpeza (TL) no jardim recebem a água diretamente da rede pública. As demais peças são alimentadas pelo reservatório no forro, o qual, por sua vez, é alimentado pelo ramal interno. Na Fig. 1.24 acha-se representada uma instalação de distribuição de água para uma indústria, que pode ser considerada também como mista. A água potável é bombeada para um castelo d'água, de onde, por gravidade, alimenta os pontos de consumo. Uma instalação de bombeamento de poço fornece água para limpeza ou uso industrial. A água de poço, devidamente tratada, pode servir como reforço da água potável. Dependendo de suas características, mesmo sendo para uso indusmal, a água do poço deverá ser submetida a um tratamento. 5"aso: Sistema de distribuiçüo com bombeamento direto. Embora não previsto na NBR-5626, achamos conveniente fazer uma referência ao sistema supracitado, já empregado no Brasil, em hotéis estrangeiros e nacionais; e nos Estados Unidos, em prédios de escritórios, apartamentos, hotéis, hospitais e fábricas. Trata-se de um sistema de distribuição interna de água fria, sob pressão constante graças à ação de bomba e à atuação de váivulas automáticas de pressão constante, sem o emprego de reservatório superior e sem utilização do reservatório hidropneumático. O sistema consiste no bombeamento da água de um reservatório inferior diretamente em um barrilete, do qual saem as colunas ou ramais de alimentação, que distribuem a água sob pressão constante, independentemente do consumo dos aparelhos da rede interna. Existem duas soluções para se conseguir o resultado desejado: 1 9 0 l y ã o : Emprego de duas, três ou mais bombas em paralelo, que automaticamente vão sendo ligadas ou desligadas em resposta ao sensor comandado or um aparelho medidor de descarga ligado ao bmilete, ao mesmo tempo em que opera a válvula de pressão constante. o sistema proposto pela Federal Pump Corporation e pela Chicago Pump. conceituados fabricantes de bombas nos Estados Unidos. Z~01uçüo:Utilização de bombas de rotação variável que automaticamente, sob a a ~ ã de o transdutores e de sistema eletrônico, passam a girar com o número de rotações necessário para proporcionar a descarga demandada pela rede interna, sem variação apreciável na pressão de suprimento. E o sistema APCO-MATIC da Aurora Pump, empresa do Gmpo General Signal Corporation, também norte-americana. Ao final deste capítulo, daremos maiores esclarecimentos sobre esses sistemas.

l

1.2.3 Ramal intemo e reservatório de acumulaqão O ramal intemo começa a partir do hidrômetro e se estende até a torneira de bóia ou válvula de flutuador colocada na caixa piezométrica. A caixa piezomktrica é uma caixa reguladora do nível piezométrico, com entrada da água a 3 m acima do meio-fio. Em geral é uma caixa de 200 a 300 1, de cimento-amianto (fibrocimento).

Fig. 1.25 Alimentaçáo de 1esewat6no inferior, com tomeira de b6ia a 50 cm, no mínimo, acima do nível do meio-fio

O uso da caixa piezométrica corresponde a uma tentativa do Órgão público de proporcionar uma distribuição com pressão igual, tanto quanto possível, para todos os consumidores. Que não atinge plenamente o objetivo é desnecessário dizer. Por isso, mesmo em municípios onde seu uso é previsto, os pedidos de ligação, uma vez analisados pelo órgão competente, em muitos casos são deferidos sem a exigência da instalação da citada caixa. No caso de ramais para atendimento a grandes consumidores, normalmente é dispensada a caixa piezométrica. Em vez da caixa piezoméuica, aNBR-5626 deteminaque, "quando o reservatório for construído abaixo do nível do meio-fio, seja instalada uma coluna piezomdtrica no ramal predial, em forma de sifão, dotado de dispositivo quebra-vácuo, até 2,50 m, no mínimo, acima da cota do meio-fio", a fim de evitar contaminação do distribuidor público com água do reservatório, eventualmente infectada, caso se forme vácuo na rede pública., Algumas municipalidades aboliram a caixa piezombuica, adotando as seguintes soluções: Colocar a torneira de bóia a pelo menos 50 cm acima do nível do meio-fio. Neste caso, a entrada para a caixa deverá ter uma gola. a fim de impedir que alguma eventual inundação venha a poluir o reservatório. O reservatório deverá ter tampa, com gaxetas de vedação ou caixilho de neoprene e sobretampa (Fig. 1.25). Instalar uma coluna piezométrica, dotada de uma ventosa que impeça a formação de vácuo no ramal de alimeniação (Fig. 1.26).

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JOELHO F e GP 00 R 1 W 1 L

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Fig. 1 2 6 Coluna piezombtnca usada em substituiçáo ?I caixa piezoméhica.

16

1nstaiaçõ~sHidráulicas Prediais e Industriais

Conforme veremos pormenorizadamenteno item 1.6, a água é elevada mecanicamente para o reservatório superior por meio de bombas cenhífugas acionadas por motores elétricos. Deve-se prever sempre duas bombas, de modo que se possa fazê-las funcionar alternadamente. Quando ocorrer um defeito em uma, a outra a substituirá enquanto se processa o conserto da primeira. Em geral só se usa uma única tubulação de recalque, ? qual i se ligam pequenos trechos das tubulações de recalque das duas bombas. Deverá haver um reglsh'o no recalque para cada bomba, podendo-se em instalações de pequeno porte colocar apenas uma válvula de retenção. Na aspiração, para que seja possivel funcionar com qualquer das duas bombas utilizando um ou outro lado do reservatório, é necesshio interligar as tubulações de aspiraçáo das duas bombas, havendo necessidade de se instalar quatro registros para as bombas (Fig. 1.27).

-REOI¶TRO

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DE U V E T A MOTOR-iomin

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VEM DA REDE PbBLICPi

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R ~ S E R V A T ~ R I OINFERIOR

Fig. 127 Esquema do sistema de acumulaçáo inferior

1.3 CONSUMO DE ÁGUA NOS PRÉDIOS 1.3.1 Critério para previsão O valor do consumo de água depende naturalmente da destinaçáo ou finalidade do prédio cuja necessidade de abastecimento se está procurando determinar. Edifícios residenciais, comerciais, industriais, hospitalares, hoteleiros, escolares etc., cada qual apresenta condições peculiares que devem ser levadas em consideração no projeto das instalações de abastecimento e distribuição de água. A previsão, que é feita no dimensionamento das linhas abastecedoras públicas, leva em conta o consumo global de cada habitante, muito embora esse consumo se realize em vários locais, como na residência, na escola ou no local de trabalho, restaurante, teabo, cinema etc. Em geral, o consumo médio de água, compreendendo os serviços particulares, públicos e industriais, cresce com a importância do núcleo de população e varia com o clima, o grau de civilizaçãoe os costumes locais. Alguns autores apresentam como um primeiro critério para dimensionamento da rede pública distribuidora os seguintes valores:

Meio mral .......................................................... 50 Vhab.ldia Pequena cidade .................................................. 50 a 100 Vhab./dia Cidade média .................................................100 a 200 hab./dia Grande cidade .......................................... 200 a 300 iihab./dia Projetos recentes têm adotado previsão de 400 Yhab./dia para cidades densamente povoadas, clima quente e considerável índice de conforto. Ao se estimar o consumo em 200 Vhab./dia, para uma cidade média, costuma-se supor a seguinte distribuição:

17

instalações de Agua Potável

..........Uso ......domkstico ...............

100 I Uso no local de trabalho ................................................ 50 1 Usos diversos (restaurantes, locais d e diversão) .............. 25 1 Perdas ............................................................................ 25 1 Total

..........................................................................

200 1 / hab.1 dia

A parcela de uso dom6stico assim se distribui: Asseio pessoal .......................................................................... Bebida, cozinha ....................................................................... W.C. ...................................... ................................................ Lavagem de casa e de roupa ....................... . ............ . .

.

.

50 1 15 1

20 1 15 1

A CEDAE considera um consumo residencial de 250 Vmorador e uma média de dois ocupantes por dormitório. Para fins de dimensionamento dos reservatórios pode-se utilizar a Tab. 1.1,que fornece uma estimativa para cálculo de consumo diário de água conforme a natureza d o serviço a que a mesma se destina. A estimativa d o número de ocupantes, que possibilita calcular o consumo utilizando a Tab. 1.1, pode ser obtida pela Tab. 1.2, que dá a taxa de ocupação de acordo com a natureza do local.

Tabela 1.1 Estimativa de c o n s u m o diário de água

I

I

I

I

Tipo d o prédio

Unidade

Consumo Vdia

1. Serviço doméstico Apartamentos Apartamentos de luxo

per capita

200 300a400

Residência de luxo Residência de médio valor Residências populares Alojamentos provisónos de obra Apartamento de zelador 2. Serviço público Edificios de escritórios Escolas, internatos Escolas, externatos Escolas, semi-internato Hospitais e casas de saúde Hotéis com coz. e lavanderia Hotéis sem coz. e lavanderia Lavanderias Quartéis Cavalariças Restaurantes Mercados Garagens e postos de serviços para automóveis Rega de jardins Cinemas. teairos Igrejas Ambulatórios

Creches 3. Serviso industrial Fábricas (uso pessoal) Fabrica com restaurante Usinas de leite Matadoums Matadouros

por dormitório por qto. de empregada per per per per

capita capita capita capita

por ocupante efetivo per capita

por aluno por aluno por leito por h6spede por h6spede por kg de roupa seca por soldado por cavalo por refeif ão por m2de área por automóvel por caminhão por m h e área por lugar por lugar per capita per capita

por operáno por operáno por litm de leite por animal abatido (de grande porte) idem de pequeno porte

?iscinas (domiciliares)-lâmina de água de 2 cm. por dia

18

Instalnçóes Hidráulicas Prediais e lnduçtriniç

Tabela 1.2 Taxa de ocupagão de acordo com a natureza do local Taxa de ocupagão

Nahireza do local

Duas pessoas por dormitório e 200 a 250 Upessoaldia

Prédio de apartamentos Prkdio de escritórios de -uma s6 entidade locadora -mais de uma entidade locadora Segundo o Código de Obras do R.J. Restaurantes Teatros e cinemas Lojas (pavimento tk-reo) Lojas (pavimentos superiores) Supermercados

-

Shopping centers Salóes de hoteis

Museus

Uma pessoa por 7 mZde área Uma pessoa por 5 m2de área 6 litros por m2 de área útil Uma pessoa por 1.50 m2de área Uma cadeira para cada 0.70 m2de área Uma pessoa por 2,s mZde área Uma pessoa por 5.0 m2de área Uma pessoa por 2,5 m2de área Uma pessoa por 5,O m2de área Uma pessoa por 5.5 m2de área Uma pessoa por 5,5 m2de área

Os prédios de escritórios devem ter companimentos de sanitários separados para cada sexo, com entradas independentes. Um critério bastante usado na determinação do número de aparelhos sanitários consiste em considerar as instalações sanitárias mínimas nos escritórios, na proporção de um vaso, um lavatório e um mictório para cada 10 salas para os homens, e de um vaso e um lavatório para cada 10 salas para as mulheres. Se os andares do prédio de escritórios forem de salões comdos, sem divisórias, para se adotar esse critério toma-se por base a área de 15 m2por sala.

1.3.2 Número mínimo de aparelhos para diversas serventias Uma vez determinado o número de ocupantes do prédio, é necessário saber quantos aparelhos sanitários deverão ser previstos, e isso interessa não apenas ao projeto de instalações, mas também ao de arquitetura com o qual se entrosa. Tem sido usada, em projetos no Brasil, uma tabela publicada no Uniform Plumbing Code de 1955, do United States Department of Commerce. A Tab. 1.3 anteriormente referida permite, assim, determinar o número mínimo de aparelhos para diversas serventias. É conveniente, sempre. consultar o Código de Obras da Municipalidade, para verificar se faz alguma restrição a respeito ou se tem determinações próprias. Com referência à Tab. 1.3 convém fazer algumas observações. a) Nas escolas tem havido exigência de serem instalados, no mínimo: - um lavatório para cada 30 alunos nas escolas primárias; - um lavatório para cada 50 alunos nas escolas secundárias; - um vaso para cada 50 alunos tanto nas escolas primárias quanto nas secundárias. b) Em laboratórios, indústrias e locais onde possa haver contaminação da pele com materiais cáusticos, irritantes ou substâncias portadoras de germes patogênicos, é necessário ter junto a o s locais de maiores riscos um lavatório para cada cinco pessoas, e até mesmo chuveiros de emergência. C) Nas instalações provisórias de canteiros de obras, deve-se prever pelo menos um vaso sanitário e um mictório para cada 30 operários.

1.3.3 Vazão a ser considerada no dimensionamento do alimentador predial Temos duas hipóteses a considerar: a) O sistema de distribuição é direto,sem reservatório. O cálculo é feito tal como no caso de um banilete de distribuicão de um reservatório superior, o que veremos no item "Vazão de dimensionamento do banilete e colunas". com reservatórios. Admite-se para cálculo que o abastecimento da b) O sistema de distribuiqãoé indireto, rede seja contínuo e que a vazão que abastece o reservatório seja suficiente para atender ao consumo diário no período de 24 horas, embora, evidentemente, o consumo nos aparelhos varie bastante ao longo desse tempo. Chamando de C, o consumo diário, em litros, a descarga mínima em litros por segundo Qmln será evidentemente

86.400 = número de segundos em 24 horas

I

I

Tabela 1.3 Número mínimo de aparelhos para diversas sementias

Tipo de edifício

ou ocupa$io

Lavatórios

Banheiras ou chuveiros

Residência ou apartamentos

1 para cada residEncia ou apartamento

1 para cada resid&nciaou apartamento e chuveiro para serviço

Escolas primárias

I para cada 60 pessoas

I para cada 20

Escolas secundárias

1 para cada 100 pessoas

Número de pessoas Escritórios ou edifícios públicos I

Estabelecimentos industriais

alunos (caso haja EducaçHo Física)

-

Número de pessoas

Número de aparelhos

1-1M)

1 para cada I chuveiro para 10 pessoas cada 15 pessoas dedicadas a atividades continuas ou 1para cada 15 pessoas expostas a calor excessivo ou contaminação da pele com substâncias venenosas, infecciosas ou irritantes

Vasos sanitários

Mict6rios

1 para cada resid&nciaou apartamento e um para serviço

-

Meninos: 1 para cada 100 Meninas: 1 para cada 25 1 para cada 75 alunos

Número de aparelhos

1 1-15 2 16-35 36-60 3 4 61-90 91-125 5 Acima de 125, adicionar 1 aparelho para cada 45 pessoas a mais

Mais de 100

Bebedoums instalados fora dos compartimentos sanitários

1 para cada 30 meninos Meninos: 1 para cada I00 Meninas: I para cada 45

1 para cada 75

pessoas

Número de pessoas

1-15 16-35 36-55 56-80 81-110 111-150

Número de aparelhos 1

2 3 4

5 6

Quando há mictórios. instalar I vaso sanitário para cada mictório, contanto que o número de vasos não seja reduzido a menos de 213 do especificado

Acima de 150, adicionar 1 aparelho para cada 40 pessoas a mais Número de pessoas I para cada 75 pessoas

1-9

.-. 2

Número de aparelhos 1 2

I I

50-74 75-100 Acima de 100, adicionar 1 aparelho para cada 30 empregados

Mesma especificaçãofeita para os escritórios ou 1 para cada 50 operários

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e

1.4.1 Capacidade Já mencionamos que, no sistema indireto por gravidade, existe um reservatório inferior e um superior, que recebe a água bombeada do primeiro e a distribui aos aparelhos de consumo. A NBR-5626 estabelece que - "a reservação total, a ser acumulada nos reservatórios inferiores e superiores, nóo pode ser inferior a o consumo diário", recomendando-se que não ultrapasse a três vezes o mesmo. A capacidade do reservatório superior deve ser tal que, recebendo a água bombeada com vazão constante durante certos penodos. possa atender ao consumo das peças, consumo este que ocorre de uma forma vaiável. O reservatório superior funciona como um regulador de distribuição. Ainda é a NBR-5626 que diz: - "As vazões a serem consideradas no dimensionamento do reservatório são as seguintes: a) Vazões de ulimentaçüo: iguais as vazões de dimensionamento das instalaçóes elevatórias, ou seja, vazão horária = 15% do consumo diário; h) Vuzóes de distribuiçüo: iguais às vazões de dimensionamento do barrilete e colunas, ou seja,

A significação dessas grandezas c e P seri vista no item 1.7.4. E ainda na NBR-5626: "A parte da reservação a ser feita nos reservatórios inferiores será obtida por diferenga entre a resemação total e a necessária para os reservatórios superiores." Sugere-se que, quando for conveniente reservação maior que o consumo diário, esta reserva a mais seja feita nos reservatórios inferiores. - "Recomenda a referida norma para os casos comuns a seguinte distribuição: Reservatório inferior: 315 do total Reservatório superior: 215 do total." E necessário prever uma reserva nos reservatórios, para combate a incêndio, cuja determinação veremos no Cap. 4. Essa reserva deve ser acrescida à capacidade que estamos considerando, para termos a capacidade total dos reservatúrios. Acirna do nível máximo da água deve-se ter um espaço livre até a laje de cobertura do reservatório de, no mínimo, 30 cm, e. no caso de o acesso à caixa ser lateral, de cerca de 80 cm, para que sc possa entrar na mesma. Acabamos de ver que a NBR-5626, referindo-se à capacidade mínima dos reservatórios, diz que essa rzâo pode ser inferior uo consumo diário Acontece que pode haver intempções no abastccimento de água por rompiniento em adutoras e distribuidoras, reparos, ampliações na rede, ou defeitos nas elevatórias, seja por falta de fornecimento de energia, seja por necessidade de rcparos e manutenção. A experiência tem mostrado que esses fatos acontecem e que as interrupções podem exceder, de muito, as previsões teóricas otimistas. Por essa razào, muitas posturas municipais obrigam e, independentemente de qualquer obrigação, muitos arquitetos prevêem os reservatórios nas seguintes condições, as quais recomendamos adotar sempre que possível como valores mínimos: Reservatório superior: capacidade para atender ao consumo diário. Reservatório inferior: uma vez e meia a capacidade do reservat6rio superior.

1.4.2 Prescrições quanto aos reservatórios dos prédios - Os reservatórios devem ser instalados em local de fácil acesso à inspeyio, não podendo ser colocados no interior de cozinhas ou compartimentos destinados às instalações de esgotos. - Os reservatórios de capacidade superior a 4.000 1 devem ser divididos em dois compartimentos iguais, comunicantes atrav4.~de um "barrilete" provido de registros de manobra, tipo gaveta, para facilidade de limpeza, ou conserto de qualquer dos compartimentos, ficando o outro em uso. Esta exigência, feita em várias municipalidades, não consta da NBR-5626. - Cada coinpartimento do reservatório inferior deve conter uma canaliza$ão de sucção para água limpa. O crivo da canalização de sucção deve ficar pelo menos a 10 cm d o fundo, evitando, assim, que a sucção revolva os lodos depositados. - Os reservatórios deverão possuir obrigatoriamente válvulas de tlutuador (torneiras de bóia), na canalização de entrada de água quando alimentados por gravidade. - Os reservatórios superiores devem fica com o fundo no mínimo a 0,80 m acima do piso do compartimento, sobre o qual estejam situados para facilidade de acesso aos barriletes e encanamentos de limpeza. - Quando houver aparelhos sanitários na cobertura, como ocorre nos apartamentos do zelador do edifício, podese utilizar um reservat6rio adicional sobre os superiores. A água recalcada pelas bombas endie primeiramente este reser-

22


A d i p t a d l i longa som f1in.q.s

Luva m.1

- I /

R

""i'0

0 3/4*

Adoptmdoi longo com f l o n j i i

'

Admptodor

~.gi,)ro 6 . gov.ta 0 i"

Fig. 1.28 Caixa d'água Brasilit.

Fig. 1.29 Ligação de duas caixas de fibrocimentoBrasilit.

vatório auxiliar, e, do exuavasor deste, abastece os reservatónos superiores dos prédios. Devem-se usar dois automáticos de Mia superiores, que façam operar a bomba quando o nível é atingido: um no reservatório auxiliar que faz ligar a bomba e outro no reservatório superior abastecedor do prédio. Isto porque o reservatório pequeno pode esvaziar-se antes do maior, sendo necessário comandar a bomba para abastecê-lo. - As canalizações de esgotos devem ficar afastadas dos reservatórios enterrados e ser de ferro fundido (em vez de manilhas) para evitar fugas das respectivas águas; as tampas dos reservatórios devem ficar elevadas pelo menos 0,20 m acima do solo, e de qualquer modo inacessíveis às infiltrações ou mesmo As inundações por águas pluviais. - Nenhuma canalização de esgoto sanitário poderá passar pelo interior dos reservatórios de água potAvel ou sequer sobre a laje de cobertura dos mesmos. - Se o reservatório inferior enterrado tiver de ser consuuído em recintos ou áreas internas fechadas, nos quais existam canalizações e dispositivos de esgotos sanitários, deverão ser instalados nessas áreas, obrigatoriamente, ralos e canalizações de águas pluviais, capazes de escoarem qualquer refluxo eventual de despejos sanitários e preservarem, portanto, a potabilidade da água do reservatório. T u b PVC

Luva galvanizada Torneira de boa

Entrada

GuarncLo

Flange PVC

Tubo PVC

L

Fig. 1.30 Montagem das tubulações de entrada e saída de água com tubos e conexóes de PVC.

Instniações de Agua Potável

23

Fig. 131Saídas de bgua em reservatório de concreto.

- Nenhum depósito de lixo domiciliar poderá ficar sobre qualquer reservatório de água. A NBR-5626182não menciona reservatório inferior enterrado, como é usual consúuir-se. Vejamos o que estabelece a respeito: - "Nos reservatórios inferiores deve haver uma folga mínima de 0.60m entre as suas paredes e qualquer obstaculo lateral, e entre o fundo e o terreno onde se apóia, para permitir a inspeção. Caso sejam consúuídos dentro de um m o , este deve ser drenado mecanicamente, de forma permanente." Isto significa, praticamente, construir-se o reservatório de água dentro de uma câmara subterrânea. O que representa, sob o ponto de vista consirutivo, complexidade e encarecimento, não é necesskio enfatizar. "O reservatório deve ser construído de tal forma que a tubulação de alimentação, onde é instalada a torneira de Mia, fique no m'nimo 0,50m acima da cota do meio-fio, onde cruza o ramal predial ou sobre seu prolongamento." (NBR-56261 82.)

1.4.3 Extravasor Extravasor é uma canalização destinada a escoar eventuais excessos de água dos r e k a t ó r i o s e das caixas de descarga. - O diâmetro do extravasor ("ladrão") deverá ser igual, no mínimo, ao da bitola comercial imediatamente superior ao do diâmetro do encanamento de enirada do reservatório e nunca inferior a 25 mm (1"). - Os extravasares dos reservatórios inferiores e os reguladores de nível piezoméirico devem escoar livremente no espaço em lugar visível, de modo a poder servir de advertência, e nunca em caixas de areia, ralos, calhas, ou condutores de águas pluviais. - Os reservatórios deverão ter o extravasor disposto de maneira que a exiremidade superior do tubo do reservatório fique, pelomenos, a 0,50m acima da extremidade livre inferior da descarga do mesmo tubo. - A extremidade livre de saída deverá ser dotada de um crivo de tela de.latão com 0,5mm, no máximo, de malha, com área total superior a seis vezes à da seção reta do extravasor. - O extravasor não poderá escoar água em galeria de águas pluviais, esgoto, e sim livremente no terreno, ou sarjeta do logradouro, com a interposição de um sifio, sendo ainda obrigatório, como medida de segurança, que o extravasor seja dotado de válvula de retenção que impeça a circulaç%ode degua de fora para deniro do reservatório.

_IfL_ Fig. 1.32 Extravaior de um resewat6rio.

Dimensionamento do extravasor Para atender a boa priítica, deveremos ter o extravasor constituído por um tubo horizontal, um joelho, um tubo vertical com cerca de 50 cm, tendo na extremidade uma tela de proteção contra insetos. Como a tela produz certa redução na seção de saída da água, pode-se usar uma luva de redução para compensar a obshição devida a tela com o aumento do diâmetro do tubo. E comum recomendar-se, para o exvavasor do reservatório superior, o uso de um tubo com um diâmetro, uma bitola acima da do tubo de recalque da bomba. E preciso observar que esta regra não deve ser adotada sem considerar a altura h na lâmina de água necessária para imprimlr velocidade a água no tubo do extravasor e vencer as perdas de carga no mesmo. Se a velocidade de escoamento e, portanto, a descarga no recalque da bomba forem elevadas, maior será a altura h, podendo haver transbordamento do reservatório, se este não comportar a elevação de nível h. Podernoa escrever que a condição ppad que haja o escoamento da descarga Q é que h > [(soma das perdas de carga entre A e E) +

v2

-1.

2, Para a resolução do exemplo que se segue, poderão ser usados os elementos que são apresentados no item 1.5. Exemplo: A descarga pela bomba no reservatório é de 4,35 1 . S.'. O tubo de recalque da bomba é de 2" (50 mm). Determinar o diâmetro do extravasor e a altura h de água no reservatório acima do mesmo. Admitamos que toda a água bombeada saia pelo exuavasor. Consideremos primeiramente o d i h e t r o do extravasor d uma bitola comercial de tubo acima da do tubo de recalque

A área da seção de escoamento será

e a velocidade de escoamento u

v2

Calculemos

- e as perdas de carga 28

b) Perda de carga Comprimentos equivalentes - Entrada no tubo de 2 112" ................................................. 0,900 m - Joelho 2 112" ......................................................................... 2,M)O - Tubo 2 112" .......................................................................... 0,500 - Alargamento 2 112 X 3" ...................................................... 1,400

-

No ábaco Fair-Whipple-Hsiao, indicado no item 1.5.1, obtemos para d = 2 112" e Q = 4.35 1 . s-', para perda I, = 0,MR mim. Para 4,800 m teremos para a perda de carga:

J = 0,068 mlm

X

4,800 = 0,326 rn

Teremos necessidade de colocar o extravasor a cerca de 33 cm abaixo do nível da água, isto é, a uma altura maior que 0.099 + 0,326 = 0,325 m. Se quisermos reduzir essa altura, poderíamos usar o tubo de 3".

Teríamos no caso

b) Perdas de carga Comprimentos equivalentes - Entrada notubo de 3" .............................................................. - Joelho 3" ........................................................................... ,, - Tubo3 ............................................................................. - Alargamento 3" X 4" .............................................................

1,lOm 2.50 1.50 1.50

Pelo Abaco de F.W.S., temos

.

J. = 0,024 mlm e u = 1 m s-' J = 0,024 x 5.65 = 0,135 m A altura da lâmina d'água acima da entrada do extravasor fica reduzida para 13,5 cm.

1.5 DETERMINAÇÃODAS PERDAS DE CARGA Conforme veremos a seguir, no projeto de uma instalação de bombeamento e da rede de distribuição de água de um prédio, é imprescindível calcular-se a energia que o líquido irá despender para escoar no encanamento, isto é, a perda de carga no encanamento. Esta grandeza 6 fundamental no cálculo da potência de uma bomba e em todas as questões relacionadas com o escoamento de líquidos em encanamentos. A perda de carga, ou de energia, resulta do atrito interno do líquido, isto é, de sua viscosidade, da resistrncia oferecida pelas paredes em virtude de sua rugosidade e das alterações nas trajetórias das partículas líquidas impostas pelas peças e dispositivos intercalados no encanamento. Darcy e Weisbacb chegaram à expressão geral da perda de carga válida para qualquer líquido, a qual é empregada nu chamado método moderno ou racional, e que pode ser escrito sob a forma

Nesta expressão, vê-se que a perda de carga J vaia:

- diretamente com o comprimento 1 do encanamento e o quadrado da velocidade de escoamento v; inversamente com as dimensóes da s g ã o de escoamento e, portanto, com o diâmetro d. Varia diretamente também com um fatorf chamadofator de resistência ou coq7ciente de atrito. O regime de escoamento no hombeamento e distribuição de água é do tipo denominado "regime turbulento", com distribuição das velocidades de escoamento de modo relativamente uniforme ao longo de cada seção transversal de escoamento. Demonstra-se que nesse regime de escoamento o fator f de perda de carga depende: -

E

- da mgosidade relativa das paredes do encanamento, isto é. de - , sendo E a rugosidade absoluta das paredes e d d o diâmetro interno do encanamento. Esses valores encontram-se nos livros de Hidráulica e são tabelados em função da natureza do material do encanamento, de seu diâmetro e do tempo de uso; - do número de Reynolds R,, o qual 6 dado por

26

Instalaç~iesHidráulicas Prediais e Industriais onde,

.

u = velocidade mkdia na seção onde se escolheu a dimensão d(m SI); d = dimensáo linear, característica do dispositivo onde se processa o escoamento, por exemplo, o diâmetro interno de um tubo (m); v = coeficiente de viscosidade cinemática, grandeza que caracteriza a viscosidade, ou seja, o atrito intemiolecular do líquido. Para a água a 15C, v = 0,000001127 m2 . s-' correspondente a 1,12 Centistokes, e na temperatura de ZíPC v = 0,000001007, correspondente a 1.00 Centistokes. No regime turbulento, R, > 4.000. Existem dois conhecidos diagramas que permitem obter o fator de resistência ou de atritof, e que se baseiam nos ensaios de Blasius, Nikuradse, Colebrook e White e nas análises matemáticas de Prandtl e Kárrnán. E

a) Diagrama de Moody (Fig. 1.33). Entrando-se com o valor do número de Reynolds e a mgosidade relativa -, d

obtém-se imediatamente o valor do coeficiente de perda de cargaf: b) Diagrama de Hunter-Rouse (Fig. 1.34). com os valores do número de Reynolds e as curvas correspondentes a

d

-

-

P

(inverso da mgosidade relativa) acham-se os valores de$ Achado o valor def; calcula-se a perda de carga J pela mencionada fórmula.

Esses diagramas, que nenhum livro de Hidráulica dispensa, são universais, isto é, prestam-se a líquidos de qualquer viscosidade e qualquer regime de escoamento, seja ele laminar (R, < 2.000); de transição (R, e n m 2.000 e 4.000) e turbulento (R, > 4.000). podendo ser utilizados para encanamentos, quaisquer que sejam suas rugosidades. Fica assim evidenciada a utilidade do emprego desses gráficos, notadamente em instalações industriais, onde o escoamento de líquidos de elevada viscosidade se realiza muitas vezes em regime laminar.

Fig. 1.33 Diagrama de Moody para determinaçáo do coeficientef de perda de carga.

Instalações de Água Potázrel

27

Fig. 1.34 Diagrama de Rouse para determinação do coeficientef de perda de carga

Para as condições normais da água fria potável, podemos adotar para a mgosidade E e o coeficiente de atrito f os valores na Tab. 1.4 indicados, correspondendo os menores valores de f aos tubos de maior diâmetro. Na prática corrente de instalações de abastecimento e distribuição de água e nas instalações prediais, recorre-se quase sempre a fórmulas empíricas aplicáveis cada qual a um determinado tipo de material de encanamento. Podemos neste caso dividi o cálculo da perda de carga em duas partes: - Perda de carga normal, ou seja, ao longo de um encanamento retilíneo, com diâmetro constante. - Perda de carga devido i s conexks, peças especiais, válvulas, entrada e saída de reservatórios. São as perdas de cargas acidentais ou localizadas. Vejamos como calcular essas perdas.

Tabela 1.4 Rugosidade e Material do tubo

Aço galvanizado novo -com costura - sem costura Ferro fundido -revestido com asfalto -revestido com cimento -usado (sem revesumento) Cimento - amianto - novo - usado PVC e cobre

(mm)

Coeficiente de atrito f

0.15 a 0 2 0 0,06 a 0.15

0,012 a 0.06 0,009 a 0,012

0.3 a 0,9 0,05 a 0,15 0,40 a 12.0

0,014 a0.10 0,012 a 0,06 0,02 a 1,5

O,05 a 0,10 0.60 0,015

0,009 a 0,058 0,10a0,15 0,009 a 0,050

28


1.5.1 Perda de carga normal Existem várias fórmulas e ábacos correspondentesque traduzem a dependência entre as grandezas Q, d, u e J, inmduzindo coeficientes ou fatores empíricos que levam em conta a qualidade do material, a mgosidade do encanamento. portanto a idade do mesmo. e o tipo de revestimento interno. A NBR-5626 recomenda o emprego das fórmulas de Flamant e de Fair-Whipple-Hsiao para cálculo das perdas de carga no dimensionamento de encanamentos. A fórmula de Flamant (1892) para tubos de paredes lisas 6

Fig. 1.35 Ábaco da Companhia Hansen Industrial, para cálculo de perdas de carga em encanamento de PVC rígido, para instalações prediais. série A.

onde b = 0,00023 para tubos de aço e ferro fundido em uso b = 0,000185 para os mesmos tubos, novos. Pode-se utilizar o ábaco da Fig. 1.35, apresentado no catálogo da Companhia Hansen Industrial, quando se iratar do cálculo de perdas de carga em tubos de PVC rígido.

Exemplo: Entrando-se no ibaco com Q = 4,Sl . s-' e diâmetro de 50 mm, obtém-se, para tubo de PVC rígido:

Asfórmulas de Fair- Whipple-Hsiao (1930) são usadas para tubos de pequenos diâmetros, até 4" (100 mm). Temos: tubo de ferro galvanizado

-

Q = 27.1

-

tubo de cobre e latão conduzindo água fria

-

tubo de cobre e latão conduzindo água quente

13 .p."[email protected]%

(1.4)

Os ábacos de autoria do ilustre engenheiro M u d o S. Pinho, referentes às fórmulas de Fair-Whipple-Hsiao, são de uso corrente. Entrando-se no ábaco de pontos alinhados com duas grandezas e ligando-as por uma reta, obtêm-se as outras duas. Assim, no caso do tubo de ferro galvanizado, se entrarmos, por exemplo, com a descarga com um valor Q = 4.51 . s-' e diâmetro d = 50 mm, ligando os pontos nos eixos verticais respectivos por uma reta, obteremos na Fig. 1.36 as grandezas

Se o tubo for de cobre. ou de PVC rígido, teremos, na Fig. 1.37,

Para diâmewos acima de 50 mm (2"), o F'rof. J.M. de Azevedo Netto recomenda a fórmula de Hazen-Williams (19031920)

30


OU

onde C = 125 - aço galvanizado com costura C = 130 - aço soldado, novo C = 110 - aço soldado, com 10 anos de uso C = 90 - aço soldadocom 20anos deuso C = 75 - aço soldadocom 30anos deuso C = 130 - aço soldado com revestimento especial C = 130 - cobre e latão C = 120-130 - f e m fundido com revestimento de cimento ou epáxi C = 100 - ferro fundido após 15 a 20 anos C = 90 - ferro fundido, usado C = 125 - PVC até 50 mrn de diâmetro C = 135 - PVCde75e 100mm C = 140 - PVC com mais de 100 mm de diâmetro C = 130 - cimento-amianto

J (mh)

V (m/*)

-

Q (I/*)

DN (mm) LRcf) 100 -- ( 4 )

EIO

--

01

-

7 5 --(SI

-

6 0 --12V2)

10 - - ( 2 )

-1

40 - 4 1 1RI

-

-

32 --iI1H)

2 5 --i11

2 0 --(SAI

-a1 15 - - ( I / * )

~ R Y U L ADE F I I R - WWIPPLE- H S I I O

i O . 2 1 , 1 1 3 . ~ ~ ~D" ~~ " " 1

Fig. 1.36 Ábacu de Fair-Whipple-Hsiau pua tubula<;òes de a$o galvanirado e terro fundido

Instalações de AXua Potável

Fig 137 Ábaco de Fair-Whipple-Hsiao para tubulações de cobre e plhstico.

Usa-se também calcular a perda de carga J pela f6mula de Hazen-Williarns, sob a forma:

Q

-

" , 3 . ~ l

d - m J - m/m A equivalência entre #J e C 6 a seguinte:

32

instalações Hidráulicas Prediais e Indirsfrinis

1 FUNDIDO REVESTIDO DE CIMENTO

Fii. 1.38 Abaco baseado na fórmula de Williams-Hazen, para C = 100, de autoria do Rof. Jose Augusto Martins. da Escola Politécnica da Universidade de SP. Para C # 100, multiplicar a perda de carga pelo valor de K correspondente.

.

Exemplo: Para uma descarga de 100 1 S.', tubo de 45 cm de diâmetro, no 6baco da Fig. 1.39. encontramos a velocidade de 70 cm . s-', e admitindo o coeficiente C = 103, achamos 175 cmlkm para a perda de carga, ou seja, 1.75 ml1.000 m

1.5.2 Perdas de carga localizadas Além da perda de energia ocomda ao longo do encanamento, as peças especiais, conexões, válvulas etc. também são responsáveis por perdas de energia, por causarem turbulência, alterarem a velocidade. mudarem a direção dos filetes, aumentarem o atrito e provocarem choques das partículas líquidas. Essas perdas, localizadas onde existem as peças mencionadas. são, por isso, chamadas locais, localizaadas ou acidentais.

Fig. 1.39 hbaco para o cálculo das tubulaçóes pela fórmula de Williams-Hazen.

Ao ser calculada a perda de carga de um encanamento, deve-se, portanto, adicionar à perda de carga normal, isto é. ocorrida ao longo do encanamento, as perdas de carga correspondentes a cada uma dessas peças, conexões e válvulas. Há vários métodos para se calcular essas perdas: l Q Utilização da fónnula geral das perdas localizadas e de tabelas onde se encontram valores do coeficiente K de perdas localizadas, para vánas peças e conexóes. A perda de carga localizada correspondente a uma peça, cujo coeficiente de perda de carga tem o valor K, é calculada por

Esta perda será expressa, por exemplo, em metros de coluna de água, de óleo etc., conforme o líquido.

34

Instalacões Hidráulicas Prediais e Industriais

ZQ Métodos dos comprimentos equivalentes ou viriuais O mdtodo baseia-se no seguinte: cada peça especial ou conexão acarreta uma perda de carga igual ti que produziria um certo comprimento de encanamento com o mesmo diâmetro. Este comprimento de encanamento equivaie virtualmente, sob o ponto de vista de perda de carga, ao que produz a peça considerada. Assim, um registro de gaveta de 3" (75mm), todo aberto, dá a mesma perda de carga que 0,5m de tubo de aço galvanizadode 3". Dizemos então que o comprimento equivalente ao registro de 3" todo aberto B de 0,sm. Adicionandose os comprimentos virtuais ou equivalentes de todas as was ao comprimento real, teremos um comprimento total, final, que será usado como se houvesse apenas encanamento reto sem peças especiais e outras singulmidades. O problema daí em diante é tratado como acabamos de ver para os encanamentos. Como este segundo método é muito prático e é recomendado na NBR-5626,limitar-nos-emos a ele, para não nos estendemos demais sobre o assunto. Para a determinação dos comprimentos equivalentes podemos utilizar: a) O ábaco da Crane Corporation (Fig. 1.40). Ligando-se por uma reta o ponto do eixo A, correspondente h peça em questão, ao diâmetro indicado no eixo B, obtém-se no eixo C o comprimento equivalente em metros. Exemplo: Válvula de gaveta de 3" (75mm)toda aberta. Ligando os pontos a e b, obtemos em c o valor 0.52 m. Portanto, a perda de carga na válvula de gaveta de 3" equivale que se verificaria em 0.52 m de encanamento de 3".

Fig. 1.40 Perdas de carga localizadas. (Gráfico da Crane Co.)

Instalaçües de Água Potável

35

b) A tabela de comprimentos equivalentes. Pode-se usar a tabela da Fig. 1.41 apresentada parcialmente na NBR-5626 e retirada de publicação da Crane Corporation. Eremplo: Para o registro de gaveta 3': o comprimento equivalente é de 0.5 m. valor praticamente igual ao encontrado pelo ábaco da Crane. Observaçüo: Para cada peça que se considera, vimos que a perda de carga que nela ocorre pode ser expressa em unidades de comprimento de tubo de igual diâmetro. Dividindo esse comprimento pelo diâmetro em questão teremos o número de diâmetros que somados dão o comprimento equivalente, isto é,

L

- = nQde diâmetros.

D

L Existem tabelas que dão os valores para várias peças, como a Tab. 1.5. Multiplicando-se o valor do número de n " diâmetros pelo valor do diâmetro, obtém-se o comprimento equivalente. Este processo é usado em programação para computadores.

Tabela 1.5 Tipo de peça

Nlmem de diameira

Cotovelo 90' Cotovelo 45' Curva longa 90" Curva longa 45" Alargamento gradual Entrada em tubo Redução gradual Registro de gaveta aberto Registro de globo aberto Salda da tubulação Tê saida lateral Tê passagem direita Válvula de retenção Válvula de pé com crivo

45 20 30 15 12 17 0.6 8 350 35 65 20

IDO 250

L Assim, por exemplo, um registro de gaveta de D = 40" (0.10 m) tem um - = 8 diâmetros. D

Portanto, o comprimento equivalente 6 L = 8 X D = 8 X 0,10 = 0.8 m.

Chama-se bombeamento B operação pela qual, em virtude da energia comunicada por uma bomba a um líquido, este se desloca, escoando entre duas posições. A bomba C, assim, uma máquina geratriz hidr4ulica. que transforma o trabalho mecânico que recebe de um motor em energia hidráulica, sob as formas que o líquido é capaz de absorver, isto é, energia potencial de pressão e energia cinética. A importância das questões de bombeamento, não apenas rio que se refere às instalações de água fria potável, mas também a toda a sorte de instalações tkcnicas, entre as quais as de esgotos sanitários, incêndio. água quente, água gelada, Aguas pluviais, óleo térmico, as de líquidos os mais variados, as de centrais de vapor etc., justifica que sejam aqui recordadas algumas noções e apresentadas certas informações que, à primeira vista, poderiam parecer supérfluas. Entretanto. as exigências cada vez mais rigorosas impostas aos projetistas nas suas memórias de cálculo para serem atendidas supõem uma sólida base de conhecimentos relacionados com o assunto. Procuraremos apresentar resumidamente tais indicações, que são amplamente desenvolvidas nos livros sobre bombas.

1.6.1 Equação da conservação de energia Suponhamos um trecho de tubo situado acima de um plano qualquer de referência (PR), por onde escoa, de "O" até "I", um líquido de peso específico y.

36


lnstalaçò~sde Agua Potável

37

Tabela 1.6 Comprimentos equivalentes em metros de canalização de aço galvanizado Conexóes Tupy - Classe 10

40

Irzstoili(.ùcs Hidráiriicns Prediais P Iridii~triais

Chamemos de h, e h,, as cotas ou alturas representativas das posições dos pontos "0" e "I" (centros de gravidade das seções S, e S,). A diferença (h, - h , ) é o desnível topográfico entre os dois pontos. Daniel Bernouilli demonstrou que, quando um peso P = y . Q de líquido escoa num tempo t entre as seções S, e S,. el? efetua um trabalho, ou por outral cede uma Energia .r para vencer as resistências que se oferecem ao seu escoamento. Essa Energia .r é dada pelo produto do Peso P escoado no tempo r, por uma grandeza que designaremos pela letra H, e que é calculada pela diferença entre dois tnnômios, cujas parcelas têm o significado que daremos a seguir. Assim:

onde

e. portantri,

H é chamado genericamente de queda hidráulica ou energia especij'ica, isto é, energia da unidade de peso de líqui-

do. P v' Os termos - e - são homogêneos a comprimentos, como as equações dimensionais logo provariam, e se chaY 2. mam, respectivamente, de altura representativa dapressão (ou cotapiezomérrica, piezocarga, energia especij'ica depressão) e altura representativa da velocidade (ou altura de pressão dinâmica, energia atual ou taquicarga), no ponto médio da seção considerada. O produto do peso P pelos termos das parcelas representa:

P .h

-

energia de posição ou energia potencial de posição

P P .- energia potencial de pressão

Y

P

2

.E

-

energia cinética ou de velocidade

2,

H.

Se marcarmos na Fig. 1.43 as alturas &,L!, Y Y

'

2

e 2,

estaremns em condições de obter graficamente a grandeza 2,

[

h, + - + :e2] fornece o nível energético total ou o plano de carga total em "O". Graças a essa energia, -. a unidade de pe.ro de líquido se desloca até "I", cedendo a energia H em seu percurso de " O a "I", e ao chegar a "I", dispõe de uma energia total em relaçáo ao plano de referhcia, representado pela soma A mnla

Se determinássemos os valores dos termos do trinõmio para alguns pontos entre "0" e "I", podenamos traçar as duas linhas seguintes:

I:

a) Linha correspondente aos valorei de h + - , acima do plano P.R. É a linha piezométrica, também chamada

gradierite de pressa0 ou linha de carga efetivu. p v: bj Linha correspondente aos valores de h + - + - acima do plano P.R. É a linha energética ou gradiente de Y 2. energia ou, ainda. a linha de rarga total. É preciso Fempre ter presente que a diferença entre os trinomios do termo H fornece o "balanço energético" entre os dois ponros dc uma ieia liquida, para a unidade do peso de líquido, pois, quando o peso P 6 igual à unidade, a energia é medida pelo mesmo número que mede H.

Instalafões de Agira Potável

Plono

anarq6tico

em

"O"

41

* 1

H: J o

Perdo de coiqa

Tubo ou veio liquida

c Plano de r a t r r è n c i o

( h = o )

i...

Fig. 1.43 Balanço energético entre dois pontos "0" e "1" de uma veia liquida.

Sendo o peso P, tem-se apenas que multiplicar o valor de H pelo peso P, para se obter a energia despendida pelo líquido para escoar-se. Com relação ao termo H -energia cedida pelo líquido entre os pontos "0" e "1" - há que distinguir: a) A energia H decorre da necessidade do Iíquido de vencer as resistências que o encanamento, seus acessórios e peças oferecem ao escoamento, além do atrito interno do próprio líquido. Representa uma energia perdida ou dissipada. e como energia é também chamada de carga, em Hidráulica, H tem a designação de perda de carga entre " O e "1" e se representa pela letra J, e, no caso com os índices que estamos considerando, seria J',. b) A energia H pode ser constituída de duas parcelas: - Perdas de carga entre 'r)" e "1". - Energia utilizável no acionamento de uma máquina motriz (turbina, por exemplo) intercalada no encanamento. No caso de uma adutora w qualquer linha alimentadora ou distribuidora, H é representado apenas pelas perdas de carga J ao longo de seu percurso. Tratando-se de uma usina hidrelétrica, a parcela de H correspondente à energia útil aproveitável pela turbina é muito maior que a parcela das perdas, o que parece evidente. No caso do bombeamento, o líquido para escoar de "1" até "O" (de baixo para cima no caso) necessita receber energia de uma máquina geratriz, que é a bomba, de tal modo que adquira: - Energia de pressão para escoar entre as cotas "1" e " O e para atender às perdas de carga entre "L" e " O . - Energia cindtica para que o escoamento se efetue de modo que, ao chegar em "O", a velocidade seja v,. com sentido obviamente inverso daquele do primeiro caso. No estudo de uma instalação de bombeamento, deveremos determinar a perda de carga entre os pontos de captaçáo e de abandono ou despejo. Como vimos no item Perdas de Carga, essas perdas costumam ser classificadas em normais ocomdas ao longo do encanamento retilíneo, em virtude de sua rugosidade -e acidentais ou localizadas, ocomdas nas conexões, peças, válvulas etc. Foram apresentados fórmulas, tabelas e ábacos para cálculo dessas perdas. Dissemos que a operação de bombeamento consiste em fornecer energia ao líquido para que possa executar o trabalho representado pelo deslocamento de seu peso entre duas posiçcks que se considere. vencendo as resistências que se apresentarem em seu percurso. Essa energia Hque a bomba fornece ao Iíquido tem o nome genérico de altura de elevação. Mas essa grandeza possui designaçóes específicas próprias conforme as condições e limites entre os quais se considere esse fornecimento de energia. O termo altura deve ser entendido sempre como energia cedida à unidade do peso de Iíquido e não apenas como desnível topográfico. Vejamos as alturas principais: Altura útil. Energia cedida pela bomba ao líquido. ou, em outras palavras, ganho de energia pelo Iíquido em sua passagem pela bomba desde a boca de entrada até a de saída. É com essa energia que o Iíquido terá condi~õesde escoar nos encanamentos. E a grandeza H., que em literatura norte-americana é designada como Total Head ou Dynamic Head. Seu valor se obtém calculando-se a diferença entre os üinômios de Bernouilli aplicados à saída e à entrada da bomba. A essa altura útil ou trabalho $i1 corresponde apotência útil ou hidráulica da bomba. Altura manom6trica. E a parcela da altura útil correspondente ao ganho de pressão do líquido em sua passagem pela

bomba. É a diferença entre as alturas representativas das pressões à saída e à entrada da bomba. Será doravante representada pela letra H. A altura útil é igual a altura manométrica acrescida do ganho de energia cinética do líquido em sua passagem pela bomba. Altura motriz de elevapio. H,, é a grandeza que traduz o trabalho exterior fornecido por um motor, para que, dedulidas as perdas mecânicas nos mancais e as perdas hidráulicas no interior da própria bomba, o Iíquido receba a energia útil H,. A essa altura motriz corresponde a potência motriz, também chamada consumo de energia da bomba, ou potência mecânica, que é a potência do motor que aciona o eixo da bomba (Brake Horse-Power, BHP). Rendimentu rotul de uma bomba, designado pela letra q, é a relar;ão entre a potência útil e a potência momz, isto é, entre a potência aproveitável pelo líquido para escoar no encanamento e a potência do motor que aciona a bomba

Em geral os fabricantes medem em seus ensaios os valores de H e não os de H. , e adotam no cálculo da potência útil o valor de H. Coni o valor do rendimento obtido através desses ensaios, fazem seus gráficos e tabelas. Assim, na fórmula da potência motriz, onde deveriam aparecer os valores de H, e q, tais como os definimos, aparecem H e q. sendo o valor de q calculado em função de H. A potência motriz expressa em cv é dada pela fórmula

,

V,,., =

r y - I ,

y

[111'~- 8

H

[iii]

Y [kgf

'1

m:']

O rendimento varia conforme o tipo de bomba, e para uma mesma bomba varia com a descarga, a altura manométnca e o núniero de rotações. Seu valor deve ser obtido dos catálogos dos fabricantes em função das referidas grandezas. Apenas como uma indicação preliminar para uma estimativa do valor da potência motriz, pode-se adotar de 40 a 60% para o rendimento de bombas pequenas, e 70 a 75% para bombas médias. O valor do rendimento pode cair a menos de 40%se a bomba não operar nas condições favoráveis previstas para os rendimentos citados. Bombas de potência bastante pequena podem ter rendimento máximo de cerca de 40%.

1.6.2 Determinação da altura manométrica Consideremos o caso de uma instalação de bomba centrífuga, por ser a mais comumente usada e a empregada em instalações prediais de água fria. Estabeleçamos, inicialmente. uma convenção que permita indicar a situação de cada uma das grandezas que teremos de considerar no cstudo das parcelas, segundo as quais podemos supor dividida a energia cedida ao Iíquido pela bomba. Adotemos. para isso, nos símbolos representativos dessas grandezas, índices que assinalem sua localização na massa 1íquida. Estes índices são: O - para os pontos da seção de entrada da bomba ou, então, para o ponto onde o filete médio da veia Iíquida atravessa a seção de entrada da bomba; 3 - para os pontos da seção de saída da bomba, ou, então, para o ponto onde o filete médio da veia líquida atravessa a seção de saída da bomba; 4 - para o ponto médio da seção de saída do encanamento de recalque. Os índices 1 e 2, que não utilizaremos nesta exposição, referem-se, respectivamente, aos pontos situados na superfície gerada pela rotação do bordo de entrada da pá do rotor e aos pontos da superfície gerada pela rotação do bordo de saída das pás do rotor. Na Fig. 1.44, acha-se representada esquematicamente uma instalação típica de bomba centrífuga, destinada a levar n Iíquido de um reservatório inferior a uma cota mais elevada, utilizando uma tubulação. Em muitas hombas, a hoca de entrada fica bem em frente e bastante próxima da entrada do rotor , o que pemiite considerar, sem erro sensível, o tubo de aspiração como terminando no plano horizontal que passa pelo centro do rotor. A seção de saída da bomba muitas vezes fica localizada acima do citado plano horizontal e a uma distância vertical que designaremos de i (Fig. 1.45). Há bombas, porém, em que as se<;
sendo p, a pressão absoluta na saída real da bomba (pressão lida no manômetro + pressão atmosférica). Na instalação de bombeamento há alturas estáticas, ou desníveis topográficos e alturas dinâmicas, ou representativas da soma das energias de posição, pressão e cinética. Vejamos as mais importantes.

Alturas estáticas, ou topográficas Altura estática de aspiração. Representada por h. ,é a diferença de cotas entre o nível do centro da bomba e o da superfície livre do reservatório de captação. Altura estática de recalque. Representada por h , . é a diferença de cotas entre os níveis onde o líquido é abandonado ao sair do tubo de recalque no meio ambiente (ou outro) e o do centro da bomba.

b

FLAWSES

V ~ L V U L I DE PE ou K POSO CRIVO

,

DETALHE

REDUTOR V ~ L V U4 E Pk CRIVO

Flg. 1.44 Instalação típica de bomba centrifuga

Fig. 1.45 Indicação da pressão h saida da bomba referida ao centro da mesma.

Fig. 1.46 Indicação da pressão i saída da bomba, quando a boca de recalque fica abaixo do centro da mesma.

44


Fig. 1.47 Bomba centrífuga, constmção Monobloc com flange, da Dancor

Altura estática de elevação. Representada por h , , é a diferença de cotas entre os níveis em que o liquido é abandonado no meio ambiente (ou outro) pelo tubo de recalque e o nível liwe no reservatório de captação.

I h,. = h . + h , I

(1.18)

Alturas totais, dinâmicas ou energéticas Altura total de aspirafão ou manométrica de aspiração. É a diferença entre as alturas representativas da pressão atmosférica local (H, ) e da pressão reinante na entrada da bomba, isto é,

Aplicando a equação da conservação da energia entre a superfície livre no reservatório inferior, onde supomos ser nula a velocidade do líquido, e a seção de entrada da bomba, podemos escrever

sendo J. a perda de carga no encanamento de aspiração, isto é, a parcela de energia que deverá ser fornecida a cada kgf de Iíquido para que ele vença as resistências passivas encontradas no encanamento de aspiração (no caso quem fornece essa energia é a pressão atmosférica que atua na superfície livre do Iíquido). Comparando (1.19) e (1.20). podemos escrever

A altura total de aspiração representa, pois, a energia que cada kgf de Iíquido deve receber para que, partindo do reservatório inferior, atinja a entrada da bomba, vencendo a altura h, e a .resistências passivas J,,adquirindo a energia cinética "o

2

2,

Altura total de recalque ou altura manométrica de recalque. Representada por H, - é a diferença entre as alturas re~resentativasda oressão na saída (convencionada)da bombae a atmosf6rica (que supusemos fosse a reinante na saída da tubulação de recalque). Temos então:

Dois casos devem ser considerados: a) a tubulação de rec'dque abandona livremente o líquido na atmosfera; b) o Iíquido é conduzido pela tubulação a um reservatóriosuperior de tal modo que acima da boca do tubo de recalque haja uma camada de Iíquido capaz de absorver toda a energia cinética devido à velocidade v', com que sai do tubo.

No primeiro caso. aplicando a equação da energia entre a boca de saída (convencionada) da bomba e a sesão de saída da tubulação de recalque, temos:

Isto é: Perda de carga no recalque = (energia à saída da bomba) - (energia à saída do tubo). Se a tubulação tiver seção constante, igual à da boca de saída da bomba, v, será igual a v, e poderemos escrever, comparando as equações (1.22) e (1.231,

No segundo caso, aplicando a mesma equação entre a seção (convencionada) de saída da bomba e o nível livre do Iíquido no reservatório superior onde supomos ser nula a velocidade e reinar a pressão atmosférica H,, temos:

Isto é: Perda de carga = (energia a saída da bomba) -(energia As equações (1.22) e (1.25) permitem-nos escrever: H,

= /zr

+ .I,'

no nível d'água no recalque superior) I',,. -

L-

(1.26)

2 h'

Nos dois casos vemos que a altura manométnca de recalque representa a energia que a bomba deve fornecer a cada kgf de líquido, para que este, panindo da saída da bomba, atinja a boca de saída da tubulafão de recalque ou a superfície livre no reservatório superior, vencendo o desnível estático h,e as perdas dc carga na tubulai;ão. O valor dessa grandezaé obtido pela leitura de um munbmerro, instrumento que fornece a pressão relativa (diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica). Altura munométrica de elevação ou simplesmente altura munométrica. Representada por H -é a diferença entrr as alturas representativas das pressões na saída (convencionada) e na entrada da bomha. Temos:

H,

Somando as equações ( I . 19) e (1.22)

H,

=

=

I] H,, - 2 Y

(!L + i ) Y

L!!!

-

Y

resulta

Isto é

A altura manométrica é, pois, a soma das alturas totaia de aspiração e de recalque Em face das equações ( I .2), (1.5) e (1.8). temos:

ou, finalmente, a fórmula de uso corrente

ou ainda

1.6.3 Previsão da descarga a ser bombeada Depois de haver calculado o consumo diário de água e a capacidade dos reservatórios superiores, deve-se calcular a descarga com que a bomba deverá funcionar, sendo necessário para isso que se façam hipóteses sobre o modo como o consumo de água se processa no decorrer das 24 horas diárias e o tempo durante o qual a bomba irá funcionar nesse período. Vi-se, portanto, que o problema é indetenninado, mas a prática aliada à observação do comportamento de instalaçks executadas fornece valiosos subsídios para o equacionamento do problema em bases técnicas válidas. Vejamos primeiramente o que a NBR-5626182 estabelece com relação à "vazão de dimensionamento da instalação elevatória": "- A vazão de dimensionamento da instalação elevatória deve ser constante. A sua determinação deverá ser feita num estudo conjunto com a determinação da capacidade do reservatório destinado a alimentar a rede de distribuição (reservatório superior) em função das vazões de distribuição. - A vazão mínima a ser admitida para a instalação elevatóna será aquela que exija o funcionamento do conjunto elevatório durante 6,66 horas por dia, ou seja, a vazão horária mínima deverá ser igual a 15% do consumo diário.'' Como se observa, a norma estabelece apenas a vazâo mínima, mas deixa em aberto a maneira de compatibilizar a vazáo da hoinba com a capacidade do reservatório e as varões de distribuição. Essas Últimas dependem da destinação do edifício, doa horários e hábitos e até mesmo dos dias da semana, condições climáticas e estações do ano. Como a norma fixa condições técnicas mínimas, permitimo-nos, com base na experiência de muitas instalações executadas. indicar, alkm do que foi dito sobre a capacidade dos reservathios, as sugestões que se seguem: a) Adotar como base os seguintes tempos de funcionamento para a bomba em cada 24 horas: Prédios de apartamentos e hotéis: três períodos de I hora e 30 minutos cada. Prédios de escritórios: dois períodos de 2 horas cada. Hospitais: três períodos de 2 horas cada. Indústrias: dois períodos de 2 horas cada. O estudo do tempo mais conveniente depende de um conhecimento mais profundo do regime de funcionamento da instalação no decurso das 24 horas, o que não é fácil de estabelecer em certos casos. Em prédios de apartamentos. hotéis e hospitais, a experiência mostra ser recomendável, desde que se adote para o reservatório superior a capacidade do consumo diário. que se faça a bomba atuar todas as vezes que o nível no reservatório superior atinja cerca de 213 da capacidade útil do mesmo. Isto equivale a dizer que a bomba funcionará três períodos a cada 24 horas. No caso de prédios de escritórios e indústrias, geralmente com um turno de trabalho, pode-se admitir como sendo dois os períodos de funcionamento, e, assim, a bomba deverá ser acionada logo que o nível da água atinja um pouco mais da metade da capacidade útil do reservatório. A razão de se procurar cstar sempre com o reservatório supenor com bastante água se fundamenta no fato de não ser incoinum a interrupção do fornecimento da energia por parte da empresa concessionária de energia elétrica. Isto é feito com o fim de procederem à execução de serviqos na rede pública, o que pode demorar vánas horas. Nessas condições, se se tiver aguardado o esvaziamento do reservatório superior para só então ser ligada a bomba, esta não poderá atender à solicitação do automático da bbia, por falta de corrente elétrica. Embora o problema da falta de energia possa ser contornado com a instalação de grupos diesel-elétricos de emergência. persiste a possibilidade de eventual interrupqão no abastecimento de água. Neste caso, quanto mais Agua houver acumulada no reservatório supenor, maior será a margem de segurança da distribuição no prédio. A Fig. 1.48 dá uma indicação sobre o modo como a descarga, isto é. o consumo, se processa nas 24 horas. para um prédio de apanamentos. Observa-se que. enquanto a bomba está funcionando, ocorre simultaneamente um certo consumo. de modo que o valor da descarga, que deverá ser atribuído à bomba, é da ordem de 20% superior ao valor achado. A bomba é supostd funcionando duas vezes, em períodos de I hora e 30 minutos cada uma e um período de I hora e 15 minutos que se verifica por volta de meia-noite, quando se pode considerar bem reduzido o consumo. Nesse horário, a bomba enche mais depressa o reservatório. O batente na haste do comando do flutuador, ou a graduação do flutuador, ficará um pouco acima do terço supenor, conforme esclarece a figura.

48

irrstnlnções Hidriulicas Prediais r Industriais

A Fig. 1.49 mostra como obter o funcionamento da bomba em dois períodos, no caso de um prédio de escritórios. TambCm neste caso, a capacidade a ser atribuída à bomba deve ser tomada como cerca de 15% superior ao valor encontrado, considerando os dois períodos de funcionamento.

1.6.4 Exemplo Um prédio de apartamentos tem 48 apartamentos, de sala, três quartos, um quarto de empregada, apartamento de zelador e 48 vagas de garagem. Quais as capacidades dos reservatórios e a vazão a considerar para a bomba?

1.6.4.1 Consumo diário do prédio

- 48 apts. X [(3 qt. X 2 pessoas) + (1 qt. emp. X 1 pes.)] - Apartamento do zelador - Lavagem de carros [48 cmos X 50 Ucmo]

X

200 Vdia

Consumo diário total

= 67.200 1

= 1.0001 = 2.400 1

70.600 1

1.6.4.2 Capacidade dos reservatórios Segundo a NBR-5626/82 Para o consumo diário de 70.600 1, as capacidades úteis mínimas serão: 3 Reservatório inferior: - X 70.600 = 42.360 1 5 2

Reservatório superior: 5

X

70.600 = 28.240 1

A essa capacidade útil deverá ser adicionada a reserva para combate a incêndio, que em muitas municipalidades é igual a 20% do consumo diário. Assim. as capacidades mínimas reais (excluídos o espaço entre o nível superior e a tampa da caixa, com altura mínima de 30 cm) serãc

Reservatório superior = 28.240 + (0.20 Reservatório inferior = 42.360 + (0.20

X X

28.240)= 33.888 I 42.360)= 50.832 1

TOTAL

84.720 1

Capacidades calculados segundo o uso corrente: Capacidade úiü Reservatório inferior: 1,s X 70.600 1 = 105.900 1 Reservatório superior: 1 X 70.600 1 = 70.600 1 Capacidade incluindo a reserva para combate a incêndio: Reservatório inferior: 105.900 + (0.20 X 105.900) = 127.080 1 Reservatório superior: 70.600 + (0,20 X 70.600) = 84.720 1

1.6.4.3 Capacidade da bomba (descarga) Segundo a NBR-5626182 A descarga da bomba será igual a 15% do consumo diário, ou seja,

Segundo o critério que expusemos, teremos aproximadamenie três penodos de 1 hora e 30 minutos, ou seja, 4 horas e 30 minutos de operafio. A vazão será:

50

Instalafões Hidráulicas Prediais e Industriais

1.6.5 Sistemas de comando da bomba A instalação elétrica de bombeamento deverá permitir o funcionamento autom6tico da bomba e, eventualmente, a operaqão de comando manual direto. O comando automático é realizado com dispositivos conhecidos por chaves de bóia, ou automdticos de bóia, ou, ainda, por controles automáricos de nível. Um dos sistemas mais empregados, par permitir o comando da bomba conforme a exigência do reservatório superio r e a disponibilidade de água no reservatório inferior, utiliza o deslocamento de uma haste de latão, vertical, ao longo da qual desliza um flutuador em função do nível no reservatório. Existem dois esbarros fixados por parafusos à haste nas

RESERVA P/ INCI?NDIO

UI

1

COWNA DEDISTRIIUICAO

ENERGIA ül! C~N~ES~UJN~RIA

RESERVATORIOS

INFERIORES

Fig. 1.50 Esquema de instalação de bombas para um pr6dio com reservatório inferior e reservatório elevado

P CASO:

29 CASO :

AMBOS os R E S E R V A T ~ R I O SESTÁO CHEIOS.

o

39 CASO:

49 CASO:

AMBOS OS R E S E R V A T ~ R ~ OESTÁO ~

O R E S E R V A T ~ R I OSUPERIOR E S T ~ CHEIO E O INFERIOR V A Z I O .

VAZIOS.

R E I E R V A T ~ R I OS U P E R I O R ESTA VAZIO E O INFERIOR C H E I O

Fig. 1 . 5 1 Esquema ~ de funcionamento dos automAticos de bóia.

posiçks extremas, entre os quais se permite que o nível varie. Quando o nível atinge sua posição mais elevada, o flutuador empurra0 esbarro e a haste para cima, movimentando um interruptor de tipo especial. Ao atingir o nível inferior, a bóia ou flutuador pressiona para baixo a haste, o que faz o interruptor atuar no sentido inverso da hipótese anterior. Instala-se um automático de bóia superior e um inferior, se o reservatório tiver apenas uma seção, e dois automáticos, se forem duas as seções do reservatório. Normalmente, havendo água suficiente no reservatório inferior, a bomba será comandada pelo automático do reservatório superior (Figs. 1.50 e 1.5 Ia). 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 sido atingido o nível desejado no reservatório superior. O ressalto ou esbarro na haste do flutuador do reservatório inferior deverá ficar pelo menos a 10 cm acima da ligação da válvula de pé com o tubo de aspiração, para que mesmo com o vórtice que se forma não haja o risco de entrada de ar na aspiração da bomba. A Fig. 1.5 1b mostra a instalação do reguladorde nível Flygt, modelo ENH-10, cuja função é a mesma do automático de bóia. No interior de um invólucro de polipropileno com formato de pêra, é colocado um intemptor de mercúrio. O invólucro é suspenso pelo próprio cabo elétrico. Quando o nível do líquido sobe até o regulador, este se inclina fazendo o interruptor de mercúrio fechar ou abrir o circuito, ligando ou desligando a bomba, ou, então, fazendo funcionar um dispositivo de alarme. O regulador de nível é ligado por um transformador à rede de baixa tensão. Utilizam-se dois reguladores: um para

52

Instalayões Hidráiilicas Prediais e Industrinis

b.

corrents

I

i='

-.--. ----------- -

.--

B

= bateria

Ml,M2.M3:

b

bomba

PARTIDA

1 = vermelho

2 = preto

3

=

branco

Fig. 1.51h Regulador de nível FLYGT ENH-10.

dar panida e outro para desligar a bomba. Pode-se instalar um terceiro regulador, quando se desejar acionar um dispositivo de alarme que será ligado quando o Iíquido atingir determinado nível. Para esvaziar o reservatório: ligam-se os fios vermelho (1) e preto (2). e isola-se o fio branco (3). Para encher o reservatório: ligam-se os fios vermelho ( I ) e branco (3). Isola-se o tio preto (2). Para dar alarme: ligam-se os fios vemelho e preto no caso de se desejar alarme quando for atingido um nível elevado. Ligam-se os fios vermelho e branco no caso de se desejar funcionamento do alarme com nível baixo.

1.6.6 Classificação sumária das bombas O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho mecânico em energia hidráulica, assim como o modo de cedêIa ao Iíquido aumentando sua pressão e (ou) sua velocidade, permite classificar as bombas em: - bombas de deslocamento positivo; - turbobombas, chamadas também hidrodinãmicas, rotodinâmicas ou bombas de fluxo; - bombas especiais.

1.6.6.1 Bombas de deslocamento positivo Possuem uma ou mais câmaras em cujo interior o movimento de um órgão propulsor comunica energia de pressão ao Iíquido, provocando seu escoamento. Proporciona então as condições para que se realize o escoamento na tubulação de aspiração até a bomba, e na tubulação de recalque até o ponto de utilização. A característica principal desta classe de bombas é que uma partícula líquida em contato com o órgão que comunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetória que a do ponto do órgão com o qual está em contato.

o Fig. 1.52 Representação de uma bomba alternativa

Assim, por exemplo, na bomba de êmbolo aspirante-premente, representada na Fig. 1.52, a partícula Iíquida a tem a mesma trajetória retilínea do ponto b do pistão, exceto nos trechos de concordância inicial o-a' e final a'-]. Na bomba de engrenagem (Fig. 1.53). a partícula líquida a tem aproximadamente a mesma trajetória que a do ponto b do dente da engrenagem, exceto nos trechos de concordância. As bombas de deslocamento positivo podem ser:

[ Símplex 'Duplo efeito

Alternativas

Pistão ou embolo Simples efeito

I(

IDuplo efeito Diafragma

Símplex (DUplex

Acionada por

( Dúplex

Símplex Dúplex Tnplex Multíplex

I

Acionada por motores de combustão interna ou elétricos

I

(operada por fluido ou ação mecânica

Palhetas Elemento flexível Parafuso

Rorarivas

I

Engrenagem Múltiplos rotores

'Obos

Pistões oscilatórios Parafusos

1.6.6.2 Turbobombas Órgãos essenciais As turbobombas, também chamadas bombas rotodinãmicas ou de fluxo, são caracterizadas por possuírem um órgâo rotatório dotado de pás, chamado rotor, que exerce sobre o liquido forças que resultam da aceleração que lhe imprime. Essa aceleração, ao contrário do que se verifica nas bombas de deslocamento positivo, não possui a mesma direção e o mesmo sentido do movimento do líquido em contato com as pás. As forças geradas são as de inércia e as que decorrem do escoamento de uma massa m na unidade de tempo, com uma velocidade de escoamento v. A finalidade do rotor, também chamado impulsor ou impelidor, é comunicar aceleraçáo à massa Iíquida, para que adquira energia cinética e de pressão e se realize assim a transformação da energia mecânica de que está dotado. f; em essência um disco ou uma pkça de formato cônico munida de pás. O rotor pode ser: - fechado, quando além do disco onde se tixam as pás existe uma coroa circular também presa às pás. Pela abertura dessa coroa, o líquido penetra no rotor. Usa-se para líquidos sem substâncias em suspensão e nas condiçóes que veremos adiante.

54

lristalr~çõcsHidráulicas Prediais Industriais

Fig. 1.54 Bomba centrífuga com caixa em caracol.

- aberto, quando não existe esta coroa circular anterior. Usa-se pata líquidos contendo pastas, lamas, areias, esgotos sanitários etc. As turbobombas necessitam de um ouuo órgão, o difisor, também chamado recuperador, onde é feita a transfonnação da maior parte da elevada energia cinética com que o Iíquido sai do rotor, em energia de pressão. Desse modo, ao atingir a boca de saída da bomba, o Iíquido é capaz de escoar com velocidade razoável, equilibrando a pressão que se opõe ao seu escoamento. Esta transformação é operada de acordo com o teorema de Bernouilli, pois o difusor, sendo de seção gradativamente crescente, realiza uma contínua e progressiva diminuição da velocidade do líquido que por ele se escoa, com o simultâneo aumento da pressão, de modo que esta tenha valor elevado e a velocidade seja reduzida na ligação da bomba ao encanamento de recalque. Dependendo do tipo de turbobomba, o difusor pode ser: - de tubo reto tronc8nico. nas bombas axiais;

Fig. 1.55 Bomba centrífuga com caixa em caracol e pás guias.

- de caixa com forma de caracol ou voluta. nos demais tipos de bomba, chamado neste caso simplesmente de coletor. Entre a saída do rotor e o caracol, em certas bombas, colocam-se palhetas devidamente orientadas, as pás guias, para que o líquido que sai do rotor seja conduzido ao coletor com velocidade, direção e sentido tais que a transformação da energia cinética em energia potencial de pressão se processe com um mínimo de perdas por atrito ou turbulências. Nas bombas de múltiplos estágios usadas para elevadas pressks, as pás guias ou diretrizes são necessánai.

1.6.7 Dimensionamento dos encanamentos de aspiração e de recalque das bombas Com a finalidade de reduzir as perdas de carga nas linhas de aspiração e de recalque, e, nestas últimas, o efeito do golpe de aríete, devem-se adotar valores relativamente reduzidos para as velocidades de escoamento do liquido. Isto significa que os diâmetros podem vir a ser superiores aos das bocas de aspiração e de recalque das bombas, sendo necessário intercalar peças de redução, Ligando o encanamento ? bomba. i A NBR-5626182 recomenda o emprego da fórmula de Forchheimmer para escolha do diâmetro do encanamento de recalque:

D, = diâmetro nominal do encanamento de recalque em metros Q = descarga da bomba, em m3 . s-' h = número de horas de funcionamento no período de 24 horas. h X =24 horas A norma fixa como o máximo de 6,66 h124 horas para h, mas podemos fazer a escolha conforme vimos no item

1.6.3.

A fórmula de Forchheimmer foi traduzida em um ábaco reproduzido na antiga P-NB-92.

Fig. 1.56 Gráfico de Forchheirnrner pdra deterrninaçk do diirnetro do encaniiiiienfu de recalque

56

lnsfalncócs Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 167 Gráfico da Sulzer,para escolha dos diâmetros dos encanamentos de aspiraçáo e de recalque.

O diâmetro do encanamento de aspiraçâo é escolhido adotando-se no mínimo uma bitola comercial de tubo, imediatamente acima do de recalque. Assim, para o tubo de recalque de 2". o de aspiração será de 2 112"; para recalque de 3". o de aspiração seria de 4", e assim por diante. Convém notar que no gráfico aparece o número h de horas de funcionamento cada 24 horas e não o valor de X que é (h 24). A Sulzer aconselha para o bombeamento de água os valores de velocidades que se podem obter com o pnif~coda Fig. 1.57, onde apareceni duas linhas com números indicando as velocidades: uma referente à tubulação de aspiração e outra, a de recalque. Comparemos os resultados que se obtêm com os dois métodos, fazendo um exercício:

-

1.6.7.1 Exercício Com o valor da descarga da bombaencontrado no item referente i capacidade da bomba, de 15.688yh, dimensionar os encanamentos de recalque e de aspiração. I *Método: Fórmula de Forchheimmer Diámetro de recalque:

Poderíamos usar o tubo de 2" = 0,050 m Diâmetro de aspiração: uma bitola comercial acima, ou seja, Da= 2 112" Diâmetro interno = 0,0625 m Pelo gráfico de Forchheimmer teríamos imediatamente, entrando com h = 4.5 horas e Q compreendido entre 2" e 2 112".

15.7 m' . h-'. um diâmetro

2"Método: Gráfico da Sulzer Com Q = 4.35 1 . s ~ 'achamos , no gráfico: - Diâmetro interno de recalque D, = 60 mm e V, = 1.4 m s-I. Usaríamos tubo de ferro galvanizado com diâmetro nominal 2 112" (60 mm) -Norma DIN 2440. - Diâmetro interno de aspiração Da= 65 mm e v, = 1.2 m . s~'. Como não há tubo com diâmetro interno de 65 mm,podenamos usar o tubo de diâmetro nominal de 3"(0,075 m). Em encanamentos de recalque relativamentepequenos, o gráfico da Sulzer fornece diâmetros relativamente grandes comparados com os obtidos pelo IP método. Se, com os diâmetros encontrados pela f6mula de Forchheimmer. ao calcularmos as perdas de carga J. estas forem inferiores a 15% do valor da altura manométrica H, poderemos adotar os diâme: tros obtidos no citado gráfico.

.

Velocidade no recalque

\a

V, = 14 V,,,,, = 2.5 m

V [ m s '1 s

I

D lml

1.6.8 Escolha da bomba para uma instalação predial Consideremos a Fig. 1.58, que representa uma instalação de bombeamento em um prédio onde se supõe que o consumo de água, capacidade dos reservatórios e diâmetros dos encanamentos de aspiração e recalque têm os valores enconirados nos itens 1.6.4.1, 1.6.4.2e 1.6.7.1. Trata-se, pois, de escolher a bomba capaz de fornecer a descarga de 15.688 üh, isto é, o tipo de bomba e a potência do motor. Quanto ao tipo de bomba, já sabemos que será uma bomba centrifuga, consagrada para instalações prediais de Agua potável. Deveremos determinara potência Ndo motor que a aciona. Para isso, precisaremos calcular a altura manométrico correspondente à instalação.

Fig. 1.58 Representação isométrica de uma instalação de bombeamento de um prédio.

58

Instalaçõ~sHidráulicas Prediais e Industriais

A primeira coisa a fazer é esboçar a instalação numa representação isométrica, indicando diferenças de cotas, comprimentos de encanamento entre curvas, conexões, registros e vAlvulas. É o que foi feito na Fig. 1.58, para o caso que estamos considerando. Vamos seguir o dimensionamento segundo a NBR-5626182. Os diâmetros adotados serão os encontrados no item 1.6.7.1 (1' método) Para o recalque: D, = 2" (50 mm) (nominal) Para a aspiração: D,= 2 112" (60 mm) (nominal) A descarga, como vimos, é: Q = 4,351 . S.'

1.6.8.1 Altura manoméhica A altura manométrica é calculada pela expressão (I ,301

Gmpemos as grandezas referentes à aspiraçáo separadamente das que se referem ao recalque, porque os diâmetros sáo diferentes. No desenho vê-se que

e

Calculemos os termos i,,

I,,

J,,

,.

?

?I:

1 *Altura total de aspiração H,

m a) b)

h. - Altura estática de aspiração Comprimentos -Comprimento real do encanamento com diâmetro de 2 112" 1. = 2,40 + 0.80 + 1.20 + 0.80 - Comprimentos equivalentes aos virtuais conforme tahela da Fig. 1.41 1 válvula de pé com crivo 1 joelho de 90" 2 registros de gaveta (2 X 0,401 2 tês de saida lateral (2 X 4,301 1, = Comprimento total (real + equivalente)

mca 2.30

5,20 17,OO

2,00 0,80

8,60 33.60 -

No ábaco de Fair-Whipple-Hsiao, entrando com Q = 4 3 5 1 . s-' e D. = 2 112", obtém-se a perda de carga unitária J , = 0,056 m/m e a velocidade v, = 1,4 m . s ~ ' C)

Perda de carga na aspiração J , J , = J . X 1, = 0,056 X 33,60

d)

Altura representativa da velocidade L';

213

-

2 X 9.81

- 0 . 0 9 9 ~0.10

Altura total de aspiração H.

188

0.10 4.28

2QAlturatotal de recalque H, m a) b)

C)

h, - Altura estática de recalque Comprimentos -Comprimento real do encanamento de recalque com diâmetro de 2" 1,=0,50+ 1,40+ 1,10+5,50+ 1,30+39,40+ + 10.80 + 3,75 + 1,60 + 0.40 - Comprimentos equivalentes ou virtuais conforme tabela da Fig. 1.41 1 registro de gaveta 2" I válvula de retenção 2" vertical 7 joelhos 2" de 90" 7 X 1.70 1joelho 2" de 45" 1 tê de saída lateral 2" X 2" 1, = Comprimento total (real + equivalente) No áhaco de Fair-Whipple-Hsiao, entrando com Q = 4,35 1 . s-' e D, = 2", obtém-se a perda de carga unit&a J,' = 0.16 núm e v , = 2,2 m . s ~ ' Perda de carga no recalque J, J , = '.J X 1, = 0.16 X 88,75

mca 43.90

65,75 0,40 h,40 11.90 0.80 3,50 88,75

14,20 58.10

Altura total de recalque H, A altura manométrica H será:

H = H.

+ H,=4,28+58,10=62,38m

1.6.8.2 Cálculo da potência motriz N Se não tivermos à mão catálogos de fabricantes para uma escolha criteriosa. podemos calcular a potência de forma apenas aproximada, uma vez que iremos arbitrar um valor para o rendimento total 17, o qual varia numa mesma bomba, com a descarga, a altura manom6trica e o número de rotações. Assim, supondo um rendimento II = 0,50, a potência do motor que acionará a bomba ser&:

Teremos de usar uma bomba com motor de 7.5 cv. A relação entre as perdas de carga e a altura manométrica é

Tabela 1.7 Velocidade máxima

Vazão máxima

60

Instulacõc~sHidrálilicas Prediais e Indusirinis

valor acima de 0.20, e que se poderia considerar elevado. Todavia, os valores da velocidade e da descarga estão bem abaixo dos valores geralmente aceitos e que são os da tabela. Velocidades e vazões máximas nos encanamentos:

1.6.8.3 Escolha da bomba utilizando os catálogos dos fabricantes Uma vez determinados os valores da descarga Q e da altura manométrica H, a maneira usual de se proceder à escolha da bomba é recorrer aos catálogos dos fabricantes. Realizando ensaios de laboratório com suas bombas, os fabricantes organizam tabelas e traçam curvas que representam a variação de uma grandeza em função de outra, mantendo uma terceira grandeza fixa. Assim, são usuais as curvas traçadas para um certo número de rotaçóes (n fixo), e traduzindo as dependências entre: - Altura manométrica e descarga H = f (Q) - Potência e descarga N = q(Q) - Curvas de igual rendimento q =constante

Fig. 1.59 Bomba Worthington D-lOi I -curvas características Rotor fechado 1 112 x 1 x 8.

Fig. 1.60 Bombas Worthington - Modelo D-1000- grafico para escolha prkvia da bomba.

Para uma mesma bomba e um mesmo número n de rotações por minuto, alguns catálogos mostram as curvas H = ftQ) pya a bomba com o rotor intacto, e para o rotor cortado, isto é, torneado, de modo a ter seu diâmetro reduzido. E o que se vê no gráfico daFig. 1.59 referente h bomba Worthington D-1011 1 l/2 X 1 X 8, onde são trqadas cinco curvas representando a dependênciaentre H e Q para n = 3.530 rpm. A curva superior se refere a bomba com o rotor intacto. com 8". e as demais, ao mesmo rotor, cortado nos diâmetros de 7,70", 7,40", 7.10" e 6,80". Na designação 1 lf2 X 1 X 8, 1 112 se refere ao diâmetro de aspiraçâio de 1 112"; 1 ao de recalque, de I "; 8 ao diâmetro de projeto do rotor, igual a 8". A Fig. 1.61 representa curvas análogas para a bomba ETA-32-20 da KSB do Brasil. Nem sempre se dispõe dos gráficos sob a forma acima citada. O fabricante apresenta, em seus catálogos, um gráfico constituído de quadrículas que permite, entrando com os valores de Q e H, enquadrar a bomba num tipo padronizado pelo fabricante. Após o enquadramento da bomba deve-se recorrer hs curvas correspondentes B mesma. É o que mostram a Fig. 1.60 para as bombas modelo 1000 da Worthington e a Ftg. 1.62 para as bombas Standard AZ-AZF da Sulzer. O gráfico da Fig. 1.59 mostra-nos que a bomba Worthington modelo D-1011, para os valores Q = 15.7 m3h e H = 62.4 m terá rotor de 7,30" e motor de 7,5 HP. Se se tratasse de uma bomba para operação industrial, durante longos períodos, conviria usar o motor de 10 HP. Observa-se no gráfico que o rendimento é superior a 46%. Além dos gráficos, alguns fabricantes também apresentam tabelas para escolha da bomba em função de Q e H.

1.6.9 Noção sobre o fenômeno de cavitaqão No deslocamento de pistões de bombas alternativas em certas condições; nos venturi.~(bocais convergentes-divergentes); no deslocamento de superfícies constituídas por pás nas turbo-máquinas e nas hélices de propulsão, ocorrem inevitavelmente rarefações no líquido, isto é, pressóes reduzidas devidas à própria natureza do escoamento ou ao movimento que as peças imprimem ao líquido. Se a pressão absoluta baixar at6 atingir o valor da pressão de vapor (ou tensão de vapor) do líquido na temperatura em que este se encontra, inicia-se um processo de vaporização do mesmo. Inicialmente, nas regibes mais rarefeitas, formam-se bolsas, bolhas ou cavidades (daí o nome de cavita~ão)no interior das quais o líquido se vapori7.a. Em seguida, conduzidas pela própria corrente líquida ou pelo movimento do órgão propulsor e com grande velocidade atingem regiões de elevada pressão, processando-se o colapso das bolhas, com a condensação do vapor e o retorno ao estado líquido. As partículas líquidas formadas pela condensação chocam-se muito rapidamente umas de encontro às outras e de encontro às superfícies que se anteponham ao seu deslocamento. As superfícies metálicas onde se chocam as diminutas partículas resultantes da condensação são assim submetidas a uma atuação de forças complexas oriundas da energia dessas partículas e que produzem percussões. desagregando elementos de material de menor coesão, formando então pequenas

62

Instalações Hidriulicas Prediais e Industriais

CURVA

ambx.

205

I

I0 1

R o t o r m;n.

175

I

1

largura

4

I nP modelo 1 41999

K S B DO B R A S I L

no 2 1 0 / 2

D O d w m dwa: Y = 1 Recalcular iempre w p m t w de oplica$4o para a rato& efeiivo

-

60 Hz

N , 7 moa.

R*& m&

0,0174 10

SÃO PAULO

Fig. 1.61 Bomba ETA-32-20. Curvas características.

atm.

r pm

3'500

10

ao

10

40

w

40

4

2

O(mah)

6

6

10

20

60

IY)

100

«D

Fig. 1.62 Bomba Sulzer Standard AZ-AZF - gráfico de quadrículas para escolha da bomba

X)(I

64

instalações Hidráulicas Prediais e Industriais

Nomenclatura Carca~a Tampa de gaxeta Tampa de gareta Tampa de gaxeta Anel interrnedairio R~tor.S'"pOlte3 Rotor-Suporte 2 Porca para roto, ElxO

E8i0 suporte PeCaintermediaria Anel contragotejo Roainento Rolamento Bucha de fundo Bucha de distincia Bucha de distanca Sobreposta Sobreposti Tamoa de manca1 ~ n edie selagem Guarnçaio Guarnicio Gaxeta ESt0,O

Porca sexiavada Anel e a e t i c u Anel el2stico Arruela de pressaio Arr:iea dz p r e ~ s ã o Anel

0-1

AZF Fig. 1.63 Bomba Sulzer Tipos AZ e AZF - peças da bomba.

cavidades, que, com o prosseguimento do fenômeno, dão B superfície um aspecto esponjoso, rendilhado e corroído. I? a erosão por cavitação. Os efeitos da cavitação são visíveis, mensuráveis e até audíveis, parecendo o crepitar de lenha seca ao fogo ou um martelamento com freqüência elevada. Além de provocar corrosão, desgastando e at6 mesmo destmindo pedaços dos rotores e dos tubos de aspiração junto h entrada da bomba, a cavitação se apresenta. produzindo: - queda de rendimento da bomba: - marcha irregular, trepidaçáo e vibração da máquina pelo desbalanceamento que provoca; - ruído provocado pelo fenômeno de implosõo, pelo qual o Iíquido se precipita nos vacúolos quando a pressão circundante é superior B pressão interna dos mesmos. O princípio mesmo de funcionamento de uma bomba centrífuga supõe a existência de regiões rarefeitas (dorso das pás, entrada do rotor, entrada da bomba), de modo que é de temer a ocorrência da cavitação no rotor e na região de aspiração da bomba, se cuidados especiais não forem levados em consideração. Os cuidados a observar são decorrentes das explicaçks que se seguem.

NPSH A fim de caracterizar as condições para que ocorra boa aspiração do líquido nas bombas, foi introduzida na teminologia das instalações de bombeamento a noção de NPSH, que é necessário conhecer para que o projeto dessas instalaçõesseja elaborado em bases modernas e de boa técnica. Ao analisarmos as parcelas de energia numa instalação de bombeamento convencional, vimos que a equação da conservação da energia aplicada entre a superfície livre do Iíquido na captação e na entrada da bomba (suposta na altura do centro da bomba), nos fornecia: 0 +.H,, +

o

= (h,,

+

+

e) (.

i

R

+ J,,

Isto significa dizer que a energia atuante sobre a superfície do Iíquido (por hipótese, a atmosférica), menos o desnível e as perdas de carga, fornece o valor da energia residual disponível com que o líquido penetra na bomba, e que é o termo L ! + y

d composto de uma parcela referente à energia de pressão -,Pa 2,

e outra parcela referente à energia cinética

Y

v,? -. 28

Os autores e as normas norte-americanas designaram pela sigla NPSH (Ner Posirive Sucrion Head) o valor da diferença entre a energia total absoluta

I:;

[?-+-

à entrada da bomba e a pressão de vapor h, do Iíquido, na temperatura em

que está sendo bombeado. Lembramos que a tensão ou pressão de vapor de um Iíquido a uma dada temperatura é a pressào reinante sohre o líquido, abaixo da qual o mesmo se vaporiza. A pressão de vapor da água a 100°C é a pressão atmosférica dc 10,33 mca ao nível médio do mar. Os livros de Física e Química fornecem tabelas com os valores de h,,de diversos líquidos e em várias temperaturas. O NPSH tem sido traduzido em português por Altura Positiva Líquida de Aspiração (APLS) e por Altura de Succáo Absoluta e de outras formas. O importante é saber que esse conceito se refere a disponibilidade de energia do líquido ao entrar na boiiiba, a qual depende da maneira como foi projetada a instalação. Por isso, o NPSH é denominado NPSH uiuiluhlr. isto é, iii.~ponii.~ul porparte du instuluç5r1. Seu valor é. portanto, dado por

Uma bomba para operar sem os riscos da cavitação necessita que o Iíquido possua uma energia residual mínima. Essa energia requerida, demandada, ou melhor, exigida pela bomba, chama-se NPSH,,,,,,, ou simplesniente o NPSH da bomba, como costumam chamar os fabricantes. A bomba deve ter seu NPSH inferior ao NPSH,j,,,h,, pela instalaçáo. para que opere em condições favoráveis de aspiração, isto é, NPSH,, < NPSH,,,,

O NPSH da bomba é calculável e determinável em ensaios de laboratório. Os fabricantes em seus catálogos apresentam as curvas do NPSH das bombas de sua procedência e por eles ensaiadas. Na Fig. 1.59 referente à bomba D-1011 da Worthington (1 112 X L X 8). vê-se, por exemplo, que para a vazão de 15.6 m3h,o valor do NPSH é de 3,5 m. Vejamos se o NPSHdi,,, no caso da Fig. 1.58, atende a essa exigência de NPSH, = 3,5 m. Calculemos o NPShi, NPSH,.,

= H b- (h,

+ J, + h, )

Mas, no problema ao qual a Fig. 1.58 se refere, temos H, = 10,33 m h, = 2,30 m J, = 1,XSm h, = 0,236 m a 20°C Logo

Como o NPSH disponível é de 5,914 m e o NPSH,, de 3,500 m, a chamada segurança da instalaçáo a cavitação é representada pelo saldo 5,914 - 3,500 = 2,414 m. Conclui-se não ser de temer a ocorrência da cavita~ãona bomba com essa instala~ão.

66

Instala~ò~s Hidráiríicas Pr~diaisP Iridustrinis

1.6.10 Fator de cavitação Nem sempre se dispóe da curva do NPSH da bomba em função da descarga. Para se achar o valor máximo da altura estática de aspiração da instalação, isto é, o desnível do centro da bomba à superfície livre do líquido no resematório, podese seguir a orientação que damos abaixo. O pesquisador Dieter Thoma chegou à conclusão de que a relação entre o NPSH da bomba e a altura manomémca é uma constante designada pelas letras o o u 8, que chamou de númem cumcreri~ticoadimensional para cavitação, grandeza que ficou sendo conhecida como fator de Thuma ou fator de cavitaçáo.

Mostrou também que

Se for conhecido o valor de m, poderemos calcular o maior valor a adotar para a altura estática de aspiração h, , pois

Como para calcular H é necessário conhecer h, , e vice-versa, o problema é resolvido por aproximações sucessivas. Arbitra-se um valor para h, e se calcula H, e daí novamente h, pela equação acima. Se o valor encontrado for menor que o arbitrado, a questão está resolvida. Caso contrário, tem-se que adotar h, menor e refazer a operação. Resta saber como obter o valor do fator de Thoma. O mesmo Dieter Thoma mostrou que odepende de uma grandeza empregada no estudo das turbobombas para escolher o tipo de rotor (e da bomba) que deve ser usado, quando se fixam a priori a descarga Q, a altura manométrica H e o número de rpm n. Essa grandeza designada por n, chama-se velocidade específica, ou mais apropriadamente, número especgco de rotações por minuto da bomba. Calculando-se n, pela fórmula ri, =

3.65 -

pode-se usar uma fórmula empírica para obter o e m funçáo de n, ou um dos gráficos como os propostos por A.J. Stepanof, H. Cardinal Von Widdern. George F. Wislicenus, Mario Medice e outros. A Fig. 1.65 apresenta as curvas baseadas nas equações de V. Widdern e F. Wislicenus.

Exercício Suponhamos o mesmo exercício da Fig. 1.58 e calculemos o maior valor para h,, supondo uma bomba de 3.530 rpm. 1. Velocidade especgca n, 11,

=

3.05

11

vc

-----

(!p

-

3.65 x 1531) ~ ' 0 3 i Z l T_ 837.49

$m

-

21.93

=

n, = 38.19 (corresponderia a uma bomba centrífuga radial) 2. Fator de Thoma Com esse valor de n, z 38 obtemos na curva de Wislicenus

38.19 rpm

NPSH disponiv*l

NPSH disponirrl

1 N P S H : Hb

- ( h , + J,+

Fig. 1.64 Indicação da determinação do NPSH disponível.

3. Altura estática de aspiração máxima

Substituindo pelos valores do exercício que vimos fazendo:

Fig. 1.65 Gráfico para obtenção do fator de cavitação a e m função da velocidade específica n,.

68

rnsfala@s Hidrduiicas Prediais e Industriais

Fig. 1.66 Esquema de uma instalação de bomba afogada.

Como no problema adotamos h, = 2.30 m, estamos a seguro da cavitação. Suponhamos agora que a instalação bombeasse água à temperatura de 70°C. A tensão de vapor da água a 70T é h, = 3.17 mca. O valor de h. passaria a ser de

Se o valor encontrado para h, for negativo, isto significa que o nível da água deverá estar acima do centro da bomba desse valor. Quando isto acontece, se diz que a bomba deverá ser instalada afogada (Fig. 1.66). Independentemente das considerações feitas acima, sempre que possível se deve instalar a bomba de modo tal que o nível mínimo da água no reservatório de aspiração fique alguns centímetros acima da parte mais elevada da bomba, a fim de possibilitar a escorva da bomba diretamente, dispensando o uso da válvula de pé. Necessita-se apenas de um registro para isolar o reservatório quando for necessário fazer algum reparo na bomba.

1.7 DIMENSIONAMENTO DOS ENCANAMENTOS A distribuição de água para um prAdio, partindo de um reservatório superior de acumulaçio, é feita por meio de um sistema de encanamentos que compreende: a) Barrilete de distribuição. Trata-se de um encanamento que liga entre si as duas seções do reservatório superior, ou dois reservatórios superiores, e do qual partem ramificações para as colunas de distribuição. Com isso se evita fazer a ligação de uma quantidade grande de encanamentos diretamente ao reservatório, o que é inconveniente. b) Colunas de alimentação ou prumodas de alimentação. Derivam do banilete e, ap6s um certo trecho na cobertura, descem verticalmente para alimentar os diversos pavimentos. c) Ramais. São tubulaçóes derivadas da coluna de alimentação e que servem a conjuntos de aparelhos. d) Sub-ramais. São tubulações que ligam os ramais as peças de utilização ou aos aparelhos sanitários. Portanto, um ramal pode alimentar vários sub-ramais. O dimensionamento de uma rede de distribuição que compreende sub-ramais, ramais, colunas de alimentação e banilete segue esta ordem. No caso de um castelo d'água para uma indústria, ligam-se as duas seções do mesmo por um hamilete, e se desce com uma ou poucas linhas alimentadoras, as quais irão dando derivações de ramais para as várias unidades fabris ou unidades de processo.

Cada sub-ramal serve -comodissemos -a uma peça de utilização ou aparelho sanitário apenas, e é dimensionado segundo tabelas que foram elaboradas através de resultados obtidos em ensaios realizados com os mesmos. Em geral, os fabricantes dos aparelhos fornecem em seus catálogos os diâmetros que recomendam para os sub-ramais. Essas informaçóes são importantes, principalmente no caso de equipamentos especiais como os de cozinhas, lavanderias, laboratórios, instalaçóes hospitalares e industriais. Pode-se utilizar a Tab. 1.8 para a escolha do diâmetro de um sub-ramal. Os valores apresentados são os mínimos

~nstnlnçõesde Águo ~ o t t " c ~ c I

69

Tabela 1.8 Diâmetros mínimos d o s sub-ramais em tubos d e aço galvanizado Diâmetro nominal Pecas de utilizaçáo

Aquecedor de baixa pressão Aquecedor de alta pressão Bacia sanitária com caixa de descarga Bacia sanitária com válvula de descarga de DN 20 mm (314) Bacia sanitária com válvula de descarga de DN 25 mm (1) Bacia saniiária com válvula de descarga de DN 32 mm (1 114) Bacia sanitária com válvula de descarga de DN 38 mm ( I 112) Banheira Bebedouro Bid& Chuveiro Filtro de pressáo Lavatório Máquina de lavar pratos Máquina de lavar roupa Mictório de descarga contínua por m ou aparelho Mictório auto-aspirante Pia de cozinha Pia de despejo Tanque de lavar roupa

DN (diâmetro nominal)

(Referência)

(mm)

('7

20 15 15 32 32 40 40 15-20 15 15 20 15 15 20 20 15 20 20 20 20

314 112 (112) (1 1/41 (I 114) (1 IR) ( 1 1/2) (112)-(314)

(ln)

(314)

(1n) ( 1 ~ ) (314) (314) (112) (314) (314) (314) (314)

aconselháveis. Convém notar que, tratando-se de tubo de aço galvanizado, muitos projetistas usam como diâmetro mínimo o de 20mm (3/4"),para atender a redução da seção de escoamento por efeito da corrosão. tuberculinização e incmstações, e fazem a redução para a ligqão final com tubo de cobre no caso de lavatórios, bidês e mictórios.

1.7.2 Ramais de alimentação O dimensionamento de um ramal poderá ser levado a efeito, conforme se faça uma das suposições seguintes: a) admitir que há consumo simultâneo de todos os aparelhos. b) considerar o consumo simultâneo máximo provável dos aparelhos. Vejamos as duas hipóteses e as implicações no dimensionamento, que delas decorrem.

1.7.2.1 Primeira hipótese: consumo simultâneo máximo possível Admite-se aue os diversos aparelhos servidos pelo ramal sejam utilizados simultaneamente, de modo que a descarga total no início do iamal será a soma das descargas em cada um dos sub-ramais. Esta hipótese ocorre em geral em instalações de estabelecimentos onde há horários rigorosos para a utilização da água, principalmente de chuveiros e lavatórios, como é o caso de fábricas, estabelecimentos de ensino e quartéis. Aplicase a uma tas? em cuja cobertura ou forro corre um só ramal que desce alimentando as peças nos banheiros, cozinha e área de serviço. E possível que, no caso, funcionem ao mesmo tempo a descarga do vaso, a pia da cozinha e o tanque de lavar roupa, por exemplo. Para fácil escolha dos diâmetros, toma-se como base ou unidade o tubo de 15 mm (112") ao qual se referem os diâmetros dos demais trechos, de tal modo que a seção do ramal em cada trecho seja equivalente, sob o ponto de vista de escoamento hidráulico, h soma das seções dos sub-ramais por ele alimentados. A Tab. 1.9 dá, para os diversos diâmetros, o número de encanamentos de 15 mm (ln")que seriam necessários para permitir a mesma descarga.

Exemplo: Dimensionar um ramal alimentando cinco chuveiros e cinco lavatórios de um coltgio interno. Já sabemos que, neste caso, o consumo nos aparelhos será simultâneo. Representemos o ramal na Fig. 1.67. Usando a Tab. 1.8 dos diâmetros de sub-ramais, acha-se para os lavatórios o diâmetro de 112" e para os chuveiros. o de 314".

70


Tabela 1.9 Correspondência de tubos d e diversos difimetros com o d e 1 5 mm (112") Diâmetro do encanamento mm

Númem de encanamentos de 15mm W2") com a mesma capacidade

Polegadas 112

15 20 25

1 2,9 62

314 I 1 114 I in 2 2 1/2 3 4 6 8

32 40 50 60 75 100 150 200

10,9 17.4 37,8

65,s 1 10.5

189.0 527.0 1.200,o

R A M A L

k

5 LAVAT~RIOS

J

5 CHUVEIROS

Fig. 1.67 Ramal de alimentação de chuveiros e lavatórios,

Pela Tab. 1.9 verifica-se que a seçáo do encanamento de 314" 6 equivalente a 2,9 vezes a do de 112"; que a de 1" é equivalente a 6,2 vezes a do encanamento de 1/2", e assim por diante.

Trechos JI

IH HG GF FE

ED DC CB BA AO

Equivalência

Dilmetros (3

I 2

3 4

5 7,9

10,8 13,7 16.6

19,s

112 314 314 1 1 1 114 1 114 1 112 1 112 2

1.7.2.2 Segunda hipótese: consumo simultâneo máximo provável Baseia-se esta hipótese no fato de ser pouco provável o funcionamento simultâneo dos aparelhos de um mesmo ramal (salvo os casos previstos na l e hipótese) e na probabilidade de o funcionamento simultâneo diminuir com o aumento do ?úmero de aparelhos. Com base no cálculo das probabilidades e em condições recomendadas pela prática e o b s e ~ a d a s em grande número de instalações em perfeito funcionamento,pode-se estabelecer um fator de utilizaçãopara o ramal, pelo qual, multiplicando-se o valor do consumo &imo possivel. se possa obter o consumo máximo provável dos aparelhos funcionando simultaneamente. Evidentemente ter-se-ão menores diâmetros que no caso anterior, pois a seção hidráulica do ramal será inferior à soma dos correspondentes aos sub-ramais. A dificuldade na aplicação deste método reside na falta de informações seguras sobre a máxima provável utilização dos aparelhos para certos tipos de prédios, como é o caso de prédios de escritórios, de apartamentos, fábricas, hotéis etc.,

onde a probabilidade de consumo varia conforme o tipo de aparelho, os agrupamentos de aparelhos num compartimento, os horários de funcionamento, e até mesmo com o clima, a localização dos edificios e a época do ano. Deve-se. pois, ter cuidado ao usar certos ábacos, curvas e tabelas estabelecidos para países de hábitos, clima e outras condições diversas das nossas, pois o uso dos mesmos daria uma ilusória impressão de rigor de cálculo e em certos casos nem teria sentido. Vejamos os dois processos que se poderiam utilizar.

I *Processo-Baseado no ccllculo das probabilidades A determinação da porcentagem de utilização dos aparelhos é feita, neste caso. por cCllculos matemáticos de probabilidades, que estabelecem uma f6rmula aproximada da porcentagem do número de aparelhos que se deve considerar funcionando simultaneamente, em função do número total dos que o ramal serve. Assim, suponhamos que em um ramal hajam aparelhos. Por meio do cálculo das probabilidades, pode-se obter o número n de aparelhos. os quais, num intervalo de tempo T, funcionam no máximo uma vez durante um tempo de utilização t, ocorrido no período de tempo P de demanda máxima dos aparelhos. Vê-se, pois, que as hipóteses que se fizerem para a fixação dessas grandezas determinarão valores diversos para a porcentagem de utilização. Compreende-se assim que. para países de costumes, climas. hábitos e horános diversos, se encontram publicações onde se observam discrepâncias grandes, devendo-se adotar as indicações que melhor se enquadram dentro das condições de nossas cidades. A primeira aplicação do método das probabilidades ao cálculo das descargas hidráulicas nos encanamentos prediais parece ter sido feita por Roy B. Hunter do National Bureau of Standards (1924). Outros autores seguiram esta orientação, introduzindo cenas considerações visando aperfeiçoar0 método, como se observa no método de Wise e Croft, do Building Resemh Station na Inglaterra; no método de Dawson e Bawman da Universidade de Wisconsin, EUA; no método de Dawson e Kalinske, além de trabalhos de diversos autores de várias nacionalidades. Como afirma o-National Plumbing Code Handbook "qualquer que seja a variante do método das probabilidades, uma coisa é certa: o método s6 deve ser aplicado a sistemas contendo elevado número de aparelhos, sujeitos a utilização com freqüência grande, pois para condições normais conduzirá a diâmetros exagerados". De fato, observa-seque a aplicaçào decertas tabelas, comoa do U.S. Dept. of Commerce Building Code, conduz a valores um tanto exagerados face aos elementos que se obtêm, calculando para hipóteses que mais se pareçam com a nossa realidade. Vejamos como se pode traçar as curvas de probabilidade de uso simultâneo, admitindo que do total m de aparelhos, apenas n aparelhos poderão entrar em funcionamento simultâneo uma vez ao dia. Chamemos de: T - a duração média em minutos do intervalo entre cada duas utilizaçks de um aparelho, no período P de máxima demanda diária. P - número de horas de duração do período de demanda máxima. t - duração média em minutos, de saída da água, cada vez que usar o aparelho. Como primeira tentativa, podemos usar a tabela seguinte:

-

Tabela 1.10 P

Apartamentos e hotéis I. I lavatbrios, bid&se vasos sanitários com caixa 1.2 vaso comjiush-volve 1.3 banheira

2 horas

Escritbrios c fábricas lavatórios. fátnicas (I para cada 10 pessoas) Lavatbrios, escritórios (1 para cada 20 pessoas) Vaso comjiush-volve Vaso com caixa

7 a 8 horas

T

t

20 minutos 20 minutos 1 hora

2 minutos 2 segundos 10 minutos

20 minutos

I minuto

10 minutos 20 minutos 20 minutos

I minuto 2 minutos 8 segundos

O cálculo das probabilidades chega ao estabelecimento da expressão abaixo, conforme deduzem Angelo Gallizio (Instalacion~sSanitarias) e Mariano Rodrigues Avial (Fontanería y Saneamento).

72

lnstaiações Hidráulicas Predrais e Industriais

Esta expressão permite achar o número n de aparelhos que provavelmente funcionarão no máximo uma vez ao dia. Uma vez fixados T, t e P poderemos determinar o valor de n; conhecida a descarga dos aparelhos e a pressáo disponível, pode-se dimensionar o encanamento. Exemplo: Suponhamos uma fábrica com instalações dotadas de m = 40 vasos sanit6rios com válvulas de descarga. O intervalo entre duas utilizaçóes do vaso é T = 20 minutos, como mostra a Tab. 1.10. O tempo de descarga da válvula em cada operação é r = 8 segundos. O número de horas de duração do período de demanda máxima, comspondente Bjornada de trabalho, é P = 8 horas. Temos:

1

- I .3X = Ig C,"'

(+)''-I

Podemos organizar uma tabela e traçar a curva de utilização simultânea dos n aparelhos em relaçáo i totalidade m. Nesta curva achamos (arredondando) param = 40, o valor n = 4 e a probabilidade de uso simultâneo de cerca de 10%.

n

3 4

5 6 8 10 20

1s 4,352 6,528 8,704 10,880 15.233 19.585 41.346

1,380 1,380 1,380 1,380 1,380 1,380 1,380

c..

2,972 5,148 7,324 9,500 13,853 18.205 39.966

m

% de funcionamento

simultâneo

18.8 45 78.5 119.5 a05 300

850

16 8,9 6.4 5 3,9 335 240

Assim como fizemos para esse caso, podemos, baseados no cálculo das probabilidades, traçar gráficos como os que se acham representados na Fig. 1.68, onde encontramos as curvas representativas da probabilidade de uso simultâneo para várias hipóteses. Curva I Banheiras apenas (T= 1hora; t = 10 minutos). Curva I1 Aparelhos diversos (lavat6rios. bidês, chuveiros, pias, vasos com caixa de descarga), em prédios de apartamentos ( T = 20 minutos; r = 2 minutos). Curva 111 Vaso sanitário com válvula em apartamentos (T = 1 hora; r = 8 segundos). Curva lV Lavatórios em escnt6rios e fábricas. Curva V Vaso sanitsrio com válvula em escritórios e fábricas (T= 20 minutos; t = 8 segundos). Além das curvas acima, acham-se representadas mais duas curvas: Curva VI Aparelhos diversos, exceto vaso com válvula, conforme o U.S. Dept. Commerce Building Code. Curva VI1 Aparelhos diversos e vaso sanitário com caixa de descarga, segundo a norma francesa P-41.102. Vejamos como se aplica o método do consumo máximo provável, usando as curvas da Fig. 1.68. I* Determina-se o número total de aparelhos servidos pelo ramal. ZQ De acordo com a Tab. I. 1 I , acha-se o consumo dos aparelhos servidos pelo ramal, isto é, a descarga em litros por minuto. 3P Pela curva de probabilidade aplicável no caso, determina-se a porcentagem de utilização dos aparelhos, e, portanto, a descarga Q.

Instaiafões de Agua Potáuei

Fig. 1.68 Curvas de probabilidade de uso simultâneo de aparelhos sanitários.

T a b e l a 1.11Consumo e pressão nas peças e aparelhos sanitários Aparelho ou peça Lavat6rio Bidê Banheira Aquecedor alta pressão Aquecedor baixa pressão Chuveiro de 100 mm Chuveiro de 200 mm Pia de despejo Mictário com descarga contlnua (por m ou aparelho) Mictório de caixa automitica Pia de cozinha Pia de despejo Tanque de lavar Máquina de lavar prato Bebedouro Vaso sanitário clcaixade descarga Clváivula de descarga Uválvula de descarga Clválvula de descarga Clválvula de baixa pressão Máquina de lavar roupa

Diâmetm d o sub-ramal (~01.1

Descarga em Umin

112 112 314 1 1/2 I 112 314 314 112

12 16 18 I8 18 12 18 18 4,s

I 0.5 0,s 0.5 0.5 0.5

112 112 314 112 314 112 112

9 15 18 18 18 3 9

0-5 0,s 1.90 1.80 3 2 0.5

I 1 114 1 1/2 1 112 314

114 114 114 114 18

20 8 3.5 2 a 2.5 0.5

Pressáo mínima d e serviso nos aparelhos (m) 1 1 1

73

74

Instalapões Hidráuiica~Prediais e Industriais

4P Conhecendo-se as pressões sob as quais deverão funcionar os aparelhos [escolhe-se o que funcione com a pressão mais desfavorável. ou seja, o vasn comflush-valve (váivula de descarga), o aquecedor ou o chuveiro, conforme o caso] e o desnível mínimo entre a água no resewat6rio e o aparelho; subtraindo-se deste desnível a altura da coluna d'água com que o aparelho deve funcionar, ter-se-á o mClximo valor possível para as perdas de carga J no encanamento até a primeira derivação do ramal. 5Q Sendo L o comprimento do encanamento, e admitindo que as perdas de carga nas conexões e registms sejam as mesmas que as que se iriam verificar em um encanamento do mesmo diâmetro e que tivesse 25% do comprimento do encanamento real, podemos escrever que a perda de carga percentual ser&

Estamos admitindo que a perda de carga nas conexões e registros equivale a 25% da perda de carga normal no encanamento, porque, como ainda não conhecemos o diâmetro, essas perdas somente podem ser estimadas. 6P Achada a perda de carga percentual J, e conhecida a descarga Q,acha-se pelo ábaco de Fair-Whipple-Hsiao. por exemplo, o diâmetro do encanamento e o valor da velocidade. 7' Com o diâmetro obtido, estamos em condições de calcular com maior rigor as perdas, e proceder a um novo cálculo do diâmetro, já numa segunda aproximação. Em geral, este rigor não se justifica. Exemplo: Seja calcular o ramal do último pavimento de um edifício de escritórios, no qual foi construído um restaurante, cuja instalação sanitária compreende trêsflush-valves, três lavatórios, quatro mictórios com descarga continua e um chuveiro, e que é alimentado diretamente pelo barrilete. O ramal, a partir do bardete. tem 18 m até. a primeira válvula em A. Cdlculo do ramal: lP Número total de aparelhos 3flush-valves (válvulas de descarga) 4 mictórios de descarga automática 3 lavatórios 1 chuveiro 2Q Consumo total dos aparelhos (v .Tab. 1.11) 3push-volves - 3 X 114 Vmin = 342 Umin 4 ~mictórios -4 X 9 Vmin = 36 Umin ~ - 3 lavatórios -3 X 12 Vmin = 36 Umin I chuveiro - I X 12 Umin = 12 Umin 84 Umin ~

~

3Q Probabilidade de uso simultâneo

Número de aparelhos semflush-volves = 8 Número deflush-valves = 3

Fig. 1.69 Instalação de aparelhos num ramal do pavimento superior de um prédio

Robabilidade de uso de 8 aparelhos sempush-volves (curva 11) = 42% Temos assim: aparelhos comuns 84 Vmin X 0,42 = 35.3 Vmin Até 3push-valves (curva 111) admitem-se 65% em funcionamento, de modo que teremos: 0.65 X 342 = 222.3 Vmin Q total = 35,3 + 222,3 = 257.6 Vmin 4* A diferença de cotas enwe o reSe~at6ri0superior e opush-valve é de 4,00 m. Como supusemos utilizar válvulas que funcionam bem com 2.5 m de pressão, temos, para atender is perdas de carga, um valor igual a 4.00 2.5 = 1.5 m. Sendo de 18 m o comprimento do encanamento e admitindo que as perdas atinjam a 25% das perdas normais nos encanamentos, a perda de w g a em metros de altura de água por metro de encanamento será de:

-

5* Com este valor de J, = 0,066 m/m encontrado. e a descarga Q = 257.6 Vmin, ou 4,9 Vs, entramos no ábaco de Fair-Whipple-Hsiao (Fig. 1.36) e achamos um diâmetro de 2 112'' e velocidade para a água igual a 1.6 m/s. o que é satisfatório. No caso de se empregar tubo de cobre e conexões de latão, usar-se-ia o ábaco da Fig. 1.37. Colunas ou prumadas de alimenraçõo pelo 1.'processo O método das probabilidades que acabamos de estudar para os ramais pode ser aplicado para o cálculo das colunas de distribuição. Deste modo procedem diversos autores, entre os quais Gay e Fawcett (Mechanical and Elecrrical Equipmenr for Buildings). Entretanto; é muito empregado o método conhecido por método de Hunter, apresentado por Roy B. Hunter como Method of Estimating Loads in Plumbing Sysrems, no Repon B.M. 665, do National Bureau of Standards. Verificou o autor que uma coluna serve a aparelhos os mais diversos, os quais podem estar gnipados por tipos, ou formando conjuntos variados (como nos banheiros), de modo que proceder ao cálculo das probabilidades somando as vazões dos gmpos de cada tipo de aparelho, para depois somar os resultados, não é corresponder com a realidade, pois deveria ser considerada a probabilidade de ocorrência simultânea dos diferentes tipos -um evento novo a considerar -, o que. embora pudesse ser calculado, é complicado e pouco prático nas aplicações. Por conseguinte, Hunter achou prático atribuir umpeso a cada tipo de aparelho e estabeleceu a dependência entre as descargas nos aparelhos e a soma total dos pesos de todos os aparelhos. Esses pesos são estabelecidos por comparação dos efeitos relativos produzidos por diferentes tipos de aparelhos, sendo inversamente proporcionais ao número de aparelhos produzindo um mesmo e determinado efeito. No estabelecimento dospesos, ele também considerou as seguintes circunstâncias: a) o consumo do aparelho; , nos banheiros de apartamenb) se a instalação é um edifício de uso privado (isto é, com aparelhos g ~ p a d o scomo tos, hotéis etc.), ou de usopúblico (isto é, com aparelhos, individualmente acessíveis ao uso, como nos escritónos. fábricas, repaitições públicas, clubes etc.); c) se os aparelhos contêm válvula automática (F.V.) ou não, Tabela 1.12 Aparelhos ou giupos d e aparefios

Natureza de ocupasão

Vara saniúúio Vaso sanitário Mictório tipo pedestal Mictório tipo parede Mictório tipo parede Lavatbrio ou bid€ Lavatário Banheira Banheira Chuveiro Chuveiro Pia de cozinha Pia de cozinha Quarto de banho Quarto de banho Quarto de banho Quarto de banho Quarto de banho Tanque

Pública Pública Pública Pública Pública Pública Pública Pública Pública Pública Pública Privada Privada Privada Privada Privada Privada Privada Privada

Tipo d e abastecimento C/válvula de pressão Slv6lvula de pressáo Uválvula de pressão Clváivula de pressão Slválvula de pressão Total S6 fria ou quente Total S6 fria ou quente Total S6 fria ou quente Total S6 fria ou quente Uválvula de pressáo (Total) Slválvula de pressão (Total) Uv6lvula de pressão (S6 fria) SIv6lvula de pressão (S6 fria) S6 água quente Total

Peso plaparelho ou g ~ p o

76

Instalnçõrs H ~ d r á u l ~ c aPredia~s s e Industriais

Tabela 1.13

Número de unidades ou peso total 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 300 400 500 600 700 800 900 1.I00

Consumo em litros por minuto, para conjuntos em que predominem válvulas de pressáo

Consumo em litros por minuto, para conjuntos em que não predominem válvulas de pressão

116 140 168 190 206 220 236 248 260 272 284 296 306 316 326 336 346 356 362 370 378 386 392 398 404 440 508 568 640 680 740 780 840

32 56 R0 100 116 130 142 154 166 178 190 200 210 220 228 236 244 252 260 268 274 280 284 288 360 292 432 472 580 M O 720 764 840

d) se os aparelhos estão gmpados em compartimentosou neles localizados isoladamente; e) se h&água fria ou quente, e se podem ser utilizadas simultaneamente (caso de cozinhas). A Tab. 1.12 indica os pesos por aparelho, ou por grupo de aparelhos, e a Tab. 1.13, a dependência entre os valores dos pesos e os consumos. O cálculo da coluna pode ser dividido em duas partes: - trecho da coluna, desde o reservatório superior até a primeira derivação, no pavimento mais elevado; - trecho da coluna, abaixo da primeira derivação no pavimento mais elevado. Vejamos como se procede pralicamente: 1"elacionam-se os aparelhos que serão abastecidos pela coluna em questão. Em cada pavimento, examinam-se os aparelhos que podem funcionar simultaneamente. fazendo-se desde logo uma certa seleção. Por exemplo, se se trata de um banheiro, escolhem-se o vaso sanitário e a banheira. Se se trata de um andar de escritório, com vasos e lavatórios, acreditamos ser razoável uma seleção no número dos que poderiam funcionar simultaneamente, baseados no critério estabelecido para as curvas propostas no cálculo dos ramais. 2Q Cálculo dos pesos dos aparelhos. Por meio da Tab. 1.1 I, determinam-se os pesos para cada aparelho ou gmpos de aparelhos, obtendo-se, assim, para cada pavimento, o número de unidades. 3"esos acumulados dos vários pavimentos. Uma vez determinado opeso de cada pavimento, calculam-seos pesos acumulados, começando a soma dos andares de baixo para os de cima. 4* Consumo acumulado dos pavimentos. De acordo com o número de pesos acumulados, por pavimento, calculase a descarga em litros por minuto, pela Tab. 1.13. A distinção entre conjuntos em que predominam válvulas de pressão e em que não predominam válvulas de pressão é vaga na obra de Hunter, dando origem a grandes diferenças conforme a interpretaçáo que se adote. 5Q Determina-se a perda de carga máxima admissivel J desde o reservatório até a primeira derivaçáo do pavimento

mais elevado, verificando-se em primeiro lugar a diferença de cotas h entre a primeira derivação e o nível mínimo de água no reservatório superior. No último pavimento, devem ser utilizadas válvulas automáticas e aquecedores de baixa pressão, pois, caso contrário, é pouco provável que se consiga alcançar a pressáo desejável nos aparelhos, em vista da altura do reservatório, cujo nível médio se acha entre 3,80 m e 4.80 m acima da válvula de descarga (v. tabela de consumo e pressão nas peças e aparelhos sanitários). A diferença entre h e a pressão desejável no aparelho (digamos h, = 2 m para oflush-valve) dará a perda de carga Jmáxima aceitável em metros de altura de água (em geral de 1.80 a 2,80 m). Deve-se reservar uma parcela do desnível para o atendimento das perdas no bamlete até o ponto B da ligação da coluna nQ1, representada na Fig. 1.73. Pode-se adotar para as perdas: - no bardete: 0,20 (h - h,); - na coluna, até a primeira derivaçáo no ponto C: O,8O (h - h,). 6Q Cálculo da perda de carga percentual J, . Medindo-se o comprimento do encanamento L em metros desde o bmilete até a primeira derivação C no último pavimento, tem-se a perda de carga percentual J ,

=

100 x J

-

L,,,,,

em metros de altura de água por 100 m de canalização. É conveniente aumentar L de 25% no seu valor. para atender Bs perdas de carga de água na canalização, nos registros e conexões, de modo que se tem 100 x J

J,, =

/L

+ 0.25

L)

Tendo-se J, e a descarga Q na coluna, procede-se como foi visto para o caso dos ramais. 7* Dimensionamento do restante dacoluna. O cálculo pode ser feito pela Tab. 1.1321.Convém ser utilizada até para 14 pavimentos. No caso de um maior número de pavimentos, deve-se colocar um ou mais reservatórios intermediários no prédio ou válvulas de quebra-pressão, de modo que a pressüo máxima seja inferior a 40 m. A Tab. 1.13~1 foi calculada admitindo-se as seguintes perdas de carga: No último pavimento: 8 m de altura de coluna d'água por 100 m de extensão de canalização, isto é, J = 0.08 m/m No penúltimo pavimento: 48 m por 100 m J = 0.48 d m Nos pavimentos restantes: (antepenúltimo para baixo): 70 m por 100 m J = 0.70 núm Se o pé direito do edifício é de 3,15 m, a perda de carga calculada do 18* pavimento para baixo é igual a 3,15 m X 0,70 = 2,205 m para cada pavimento Mas. como o pé direito é de 3.15 m por pavimento, a pressão aumenta em cada andar de:

Tabela 1.13a. Dimensionamento de colunas verticais alimentadas p o r caixas elevadas, s e g u n d o o método de H u n t e r

Pavimento

Consumo máximo possível em llmin

Perda de carga em metros p1100 m

20

40

8 48

% %

X

I

70

X

%

X

Último pavimento Penúltimo pavimento Antepenúltimo pavimento para baixo

1

60

80

100

I%

1%

I%

I

I

1

I

Consumo máximo possível em Ilmin 120

160

200

240

280

2 1% I L:

2K

lY,

2

2

I I

1%

1% 1%

1%

320

360

400

500

600

XOO

i m

2X

3 2 2

3 2 2

3 2 2

3 3% 3X

4

1%

22Y ,

2

IX

1K

2

3 2K

78

Instalafaes Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 1.70 Alimentagão de uma coluna contendo sub-ramais para vasos sanitários

Exemplo: Seja dimensionar a coluna A.F.1 que alimenta os vasos sanitários de 12 banheiros, conforme apresentado na Fig. 1.70. l P Relação dos aparelhos 1 vaso com válvula de descarga do 12.' ao 1.' pavimento. ZP Cálculo dos pesos dos aparelhos Podemos adotar o peso correspondente ao vaso sanitário com válvula de pressão, igual a 6. 3Q Pesos acumulados e consumos acumulados dos pavimentos:

Pvtos. 1' 2' 3" SP

6" 7" 8' 9Q 10Q 11"

12"

Pesos 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

6 6

Pesos acumulados

Consumo Umin

I8 24 30 36

70 120 135 151 168 181

42 48

202

6 12

54 60 66 72

193 212

220

230 238

49 Perda de carga máxima admissivel J

Chamemos de: h = a diferença de nível entre o reservatório e a primeira viilvula = 3,80 m h, = altura da coluna d'água para fazer funcionar a válvula = 2,00 m J = perda de carga admissivel na canalização.

No barrilete, a perda é de 0.20 X 1 3 0 = 0,36 m e, entre B e C na coluna, C de 0.80 X 1,80 = 1.44 m 5Q Perda de carga percentual J, O comprimento da canalização desde o reservatório até a primeira derivação no último pavimento é de 15 m. A perda de carga percentual será assim:

J, = 7,68 = 7.7 m de altura d'água por 100 m de canalização, isto é.

J. = 0,077 mim

Instala~óesde Agtrn Potável

79

6P Com o valor J, = 0,077 e Q*. = 238 Ymin = 3.96 1 - s-' entra-se no ábaco de Fair-Whipple-Hsiao para tubo de

f m o galvanizado e acha-se o diâmetro de 2 lL2" e a velocidade de l,6 mls. 7Q Cálculo do restante da coluna: Consultando aTab. 1.13a, acham-se os valores que estão indicados na terceira coluna da tabela abaixo:

Pavimentos 12' 1IP 10Q gp

EQ 7Q 6e Se 4Q 3Q 2Q 10

Diameiros pela tabela de Hunter

Consumo Umin

Diâmetros comumente usados na prática

238 230 220 212 202 193 181 168 151 135

2%

2X-

l Y,.

2 2

120

I" I"

1%1%1%. 1%1%-

I Y,1%1%-

70

1ii1L;1%-

1%I %I %I%. 1Y,.

1"

Indicamos na última coluna os diâmetros que são de prática comum. Ve-se que muito se assemelham aos que se obtêm pelo método de Huuter, sendo adotados para o diâmetro dos pavimentos superiores valores com uma bitola superior aos obtidos pelo método de Hunter. 2QProcesso: Cálculo dos ramais e colunas de alimentaçáo segundo a NBR-5626/82 Procurando uma solução de fácil aplicação para o dimensionamento dos ramais e colunas de alimentação para os pddios, a NBR-5626 adota um mktodo baseado na probabilidade de uso simultâneo dos aparelhos e peGas, onde não faz distin~ãoquanto A natureza do prédio, tipo de ocupação e regime de horário. O método semelhante ao chamado mitodo alemão consiste no seguinte: - Atribuem-se "pesos" às várias peças de utilização para definir suas demandas, como se pode ver na Tab. 1.14. - Somam-se os pesos das diversas peças de utilização: Z P

-

Calcula-se a raiz quadrada da soma dos pesos Multiplica-se o valor de us.

fi

por um coeficiente de descarga C, sendo C = 0,301 . s-I, para se ter a descarga em

- Uma vez obtida a descarga, procede-se como nos exemplos anteriores para dimensionar o encanamento.

Tabela 1.14 Pesos

P q a s de utilização

P

Bacia sanitária com caixa de descarga Bacia sanitária com válvula de descarga Banheira Bebedoum Bid6 Chuveiro Lavatório Máquina de lavar pratos Máquina de lavar roupa Mictório de descarga continua. por metm ou por aparelho Mictório de descarga descontinua Pia de despejo Pia de cozinha Tanque de lavar

0-3 40.0 1,O 0.1 O. 1

0.5 0,s IO , 1.O

0.3 0,3 I,O 0.7 1,o

80

Instalações Hidráulicas Prediais e Indushiais

Fig. 1.71 Diâmetros e vazões em função da soms dos pesos.

- Pode-se usar o gráfico da Fig. 1.71para obter diretamente a descarga e o digmetro em função da soma dos pesos (W. Assim, por exemplo: P = 40 corresponde a 1.9 1 . s-' P = 100 corresponde a 3.0 1 . s-' P = 400 corresponde a 6,O 1 . s-' e assim por diante

Observações: - O peso 6 função apenas da demanda. Não sáo levados em consideração os tempos e os intervalos de funcionamento dos aparelhos ao estabelecê-lo. - Pelo processo da norma nunca se somam vazões (1 . s-'), mas sim apenaspesos pam todos os trechos da rede de disiribuição. Somente depois de determinado opeso correspondente a um dado trecho é que se passa ao cálculo da vazão correspondente. - Os aparelhos sanitários, bem como suas instalações e canais internos, devem ser de tal forma que não provoquem retrossifo~gem (refluxo de bguas servidas, poluídas ou contaminadas, para o sistema de consumo, em decorrência de pressões negativas).

VASO

ENTUPIDO

4

BARRILETE

q1

V.S.

FORMA-SE O VÁCUO EM A A ÁGUA DO V.S SE ENCAMINHA PARA A , SE A VA'LVULA V, NXO A D E T I V E R , IMPED1NDD 4 RETROSSIFONAOEM.

A ) USAR V ~ L V U L A QUE IMPEÇA A RETROSSIFONAOEM

d PARA

-

APARELHOS SUJEITOS A RETROSSI FONAOEM

-

DEMLIS

EMPREGO DE VÁLVULAS QUE IMPEÇAM A RETROSSIFDNAGEM

Fig. 1.72 Esboços indicando como pode ocorrer a retrossifonagem e solugóes para impedir que a mesma ocorra.

82

Ii~stalaçü~s Hidráulicas Pr~dinise Indcrstriars

- Se, entretanto, houver aparelhos que possam provocar retrossifonagem, pode-se adotar uma das seguintes solu-

ções: a) instalar esses aparelhos em coluna, banilete e reservatório independentes, previstos com finalidade exclusiva de abastecê-los; b) instalar os referidos aparelhos em coluna. barrilete e reservatório comuns a outros aparelhos ou peças, desde que seu sub-ramal esteja protegido por dispositivo quebrador de vácuo; C) instalar os citados aparelhos em coluna, banilete e reservatório comuns a outros aparelhos ou peças, desde que a coluna logo abaixo do registro correspondente em sua parte superior seja dotada de tubulação de ventilqão, executada com as características seguintes: - ter diâmetro igual ou superior ao da coluna de onde deriva; - ser ligada à coluna, a jusante do registro de passagem que a serve; - haver uma para cada coluna que serve a aparelho passível de provocar retrossifonagem; - ter sua extremidade livre acima do nível máximo admissível do reservatório superior. Os fabricantes de váivulas de descarga modernas cujo êmbolo fecha tanto a favor quanto contra o fluxo da água, afirmam não haver qualquer risco de retrossifonagem com o emprego das mesmas, o que, comprovado, dispensa quaisquer das providências anteriores, recomendadas pela norma para "aparelhos que possam provocar retrossifonagem". Quando se fecha o registro no início de uma colunae se d á descarga a um ou mais vasos. a água, ao esvaziar o trecho superior da coluna. provoca uma rarefação (vácuo), de modo que, se não houver válvula adequada, a água poderá sair do vaso e seguir para acoluna de alimentação, onde se formou o vácuo. A solução c, de custo insignificante, permite a entrada de ar na coluna, mesmo com o registro fechado, e impede a formação de vácuo. Havendo dúvida sobre a eficiência da válvula contra a retrossifonagem, convém seja adotada. A Norma 5626 apresenta como sugestão umaplanilha de cálculo de instalafõesprediais de águafria, e a marcha a seguir para preenchê-la poderá ser a seguinte: 1. Marca-se o número de cada coluna de água. 2. Indicam-se os trechos compreendidos entre cada dois ramais para os vasos. a partir da primeira derivação, que é a do barrilete: assim, temos: BC; CD; DE etc. na Fig. 1.73. 3. Somam-se os pesos em cada pavimento. No caso, trata-se apenas do vaso, cujo peso é 40. 4. Calculam-se os pesos acumulados, contados de baixo para cima, 40, 80, ... até 480. 5. Calculam-se as vazões correspondentes aos pesos acumulados, usando o gráfico (Fig. 1.71) ou calculando pela fórmula

e assim por diante. 6. Com os valores das varões, recorre-se ao ábaco de Fair-Whipple-Hsiao para a escolha dos diâmetros e verificação das perdas de carga unitana. J. . Para isso. procura-se manter as velocidades abaixo dos limites da Tab. 1.7 e apresentada no item 1.6.8. A cada pavimento corresponde um desnível de 3,10 a 3,15 m, o qual supera largamente a perda de carga entre os dois pavimentos, quando se adotam valores razoáveis paraos diâmetros. Se seguíssemos o método de Hunter, usando uma perda de 48% no penúltimo andar, e 70% nos andares daí para baixo, obteríamos diâmetros menores que os obtidos segundo a norma, portanto com velocidades bastante grandes. Acreditamos ser preferível manter a velocidade em tomo de 2 a 2,5 m . s-' e, nessa faixa, dimensionaro encanamento. Haverá, de pavimento para pavimento, um acrescimo de pressão devido ao desnível, apesar da perda de carga entre cada dois pavimentos. O bom funcionamento das peças de utilização aconselha pressão de serviço máxima de 40 rnca (40 Wa) . A Tab. 1.15 da norma indica o que designa por pressão dinâmica para várias peças de utilizaqão, e que nos livros de Hidráulica se chama pressão efetiva, isto é, pressão no ponto considerado, obtida deduzindo do desnível topográfico entre o nível superior da água e o ponto, a altura representativa das perdas de carga e a altura representativa da velocidade de entrada no tubo. A norma propôs uma tabela para as pressões estáticas nas peças de utilização. Usando a terminologia usual em Hidráulica, elas representariam o desnível da água no reservatório superior em relação à cota onde se acha a peça considerada. A Tab. 1.16 fornece os valores das pressões dinâmicas. ou seja. apressão efetiva ou carga efetiva, correspondente à cota da linha piczométrica ou gradiente de pressão correspondente a posição da peça considerada como foi esclarecido. Observação: Com relação às válvulas de descarga, existem tipos para funcionar com uma só bitola de sub-ramal de alimentação e que podem ser reguladas para pressões desde 1.40 até 40.0 m.

B

BARRILETE

COL.NQ L

COL.NQ2

E

'3

1OQ PAV.

*t

SQ PAV.

F

0 .. IQPAV.

H

9

79 PAV.

9

IQPAV.

r J ,,

1

50 PAV.

"i

49 PAV.

K

1 ' , 30 PAV.

1 , L 29 PAV.

1Q

PAV.

Fig. 1.73 Coluna alimentando 12 vasos sanitários.

Tabela 1.15 Pressões estáticas nas peças de utilização

Mín.

Aquecedor elétrico de alia pressão Aquecedor elétrico de baixa pressão Válvula de descarga DN 20 mrn (314) Válvula de descarga DN 25 mrn (L) Válvula de descarga DN 32 mm (L 114) Válvula de descarga DN 38 mm (L 112)

2

Máx.

84

Instalações Hidráulicas Predlais e Industriais

Tabela 1.16 Pressões dinâmicas nas peças de utilizaqão Pressão dinâmica de serviço

Diâmetro nominal

Pontos de utilização para DN

Ref.

mm

( ")

Aquecedor a gás

Função da vazão de dimensionamento

Aquecedor elthico Alta pressão Baixa pressão

Funçan da vazão de dimensionamento I

Bebedouro

15 I

Chuveiro

II

Depende das características do aparelho

(ln)

I

I

15

(314)

20

40.0 40.0

2.0 1,O

Torneira

Válvula de flutuador de caixa de descarga (torneira de bóia)

Válvula de flutuador de caixa de água (torneira de Mia)

Observação: I

mca = 10 kPa = 0.1

I

I

I

:E; ( :

Função de vazão , de funcionamento

0.5

1

"I 40.0

kgf. cm-2

Exemplo I: Consideremos a coluna nQ1 da Fig. 1.73, correspondente a um prédio de 12 pavimentos, com 12 vasos providos de válvula de descarga e passemos a dimensioná-la segundo a NBR-5626182. No ábaco de F-W-S. numa primeira. tentativa, vemos que para a vazão de 6,55 1 s-I no trecho BC, se u s m o s tubo de 2 112". a velocidade ser4 2,2 m . s-' e a perda unitária de 0,14 mim, o que daria uma perda total muito elevada neste primeiro trecho (ou seja, 0,14 X 15 m = 2,10 m), no qual só dispomos de um desnível de 3,80 m e precisamos de 2.00 m para a válvula no ramal em C. Então. no trecho BC, admitamos o diâmetro de 3". Comprimento real de B a C: I, = 15.00 m Comprimentos equivalentes: 0.50 m 1 registro 3" 1 tê saída lateral 3" 5,20 m 1 tê passagem direta 3" 1.60 m 7.30 22,30 m Comprimento total L,, Anotemos, a seguir, esses comprimentos na planilha. No ábaco, com Q = 6.55 e D = 75, achamos 3. = 0,045 mim Logo J,, = 0.045 m/m X 22.30 = 1,00 m A pressão disponível para funcionar a válvula será o desnível do reservatório até o ramal em C, menos as perdas, isto é, 3.80 - 1.00 = 2.80 m. A pressáo a jusante de C a marcar na planilha é de 2,80 m. O valor na realidade é um pouco menor. porque no banilete

.

iremos perder cerca de 0,20 mca. o que no entanto desprezaremos, pois a pressão necessária no vaso é 2.00 e temos 2-80 m. No trecho CD vamos admitir velocidade entre 2.00 e 2,50 mis. Com Q = 6,30 1 . s-' v = 2.2 m . s ~ '

D = 60 mm, achamos J, = O. 14 mlm

Comprimento real 1, = 3,15 m Comprimentos equivalentes 1 tê de passagem direta 60 mm = 1.30 m 4,45 m Comprimento total L,, = J,, = 0,14

X

4,45 = 0,62 mca

Pressão a jusante de D -Pressão em C = 230 -Desnível de C a D = 3.15 5,95 Menos perdas J = -0,62 Pressão em D = 5,33 mca Trecho DE Com Q = 6.00 1 . s ' D = 60 mm, achamos v = 2,1 m . s-' JU=0,12mim

Se usássemos D = 50, a velocidade seria excessiva 3.0 m . s-I

L,,"" real = -

-

L

Comp. total L,, =

3.15 m 1,30 4,45 m

Calculemos como iizemos no trecho DE

J,, = O,12

X

4.45 = 0.53 mca

Pressão a jusante de E - Pressão em D = -

-

5,33 Desnível entre D e E = 3,15 Menos perdas JD, = Pressão em E =

Trecho EF

Com

Q = 5.65 I . s ~ ' v = 2.0

-0.53 7.95 mca D = 60 mm, achamos J.=0,11

Se usássemos D = 50 mni. a velocidade sena 2.80 m . s',portanto acima do limite de 2.50 m . s ' que foi estabelecido. L, real = L~~cquid. LEF =

-

-

3.15 m 1.30 4,45 m

J,, = 0.10 X 4.45 = 0,445 mca Pressão a jusante de F - Pressão em E = - Desnível entre E e F = -

Menos perda^ J = Pressão em F =

7,95 mca 3,15 11,100 -0,445 10.655 mca

86

Irrstaln~óesHidráulicns Prediais r, Industriais

Já temos pressão bastante para usar até válvulas que funcionam com 8 mca. Podemos experimentar agora reduzir o diâmetro para 2". Trecho F G Q = 5.26 I s ~ '

.

v

= 2.5 m . s ~ '

D=50mm J, = 0,23 m/m

L,, real = 3,15 mca L + 1 tê 2" = 1.10 LpG= 4,25 mca

J,, = 0,23 X 4,25 = 0,977 mca Pressão a jusante Pressão em F =

10,65 mca 3.15 13.80 -0.98 12.82 mca

-

- Desnível entre F e G = Menos perdas J , =

-

- Pressão em G =

Trecho G H Q =5.001.s1 D = 5 0 m m v = 2,s m . s-' J. = 0,22 mlm

J,, = 0.22 X 4,25 = 0,93 m Pressão a jusante

1232 mca Pressão em G = Desnível entre G e H = 3.15 15.97 - Menos perdas = -0,93 15.04 mca - Pressão em H = -

Trecho H1 Q = 4,65 I . S.' v = 2.3 m . s-'

D =50mm J , = 0,192 d m

Pressüu a jusante - Pressão em H = - Desnível entre H e I = -

Menos perdas = Pressão em I =

Trecho IJ Q = 4.25 v = 2,2

D=50 J. =O.lS

-

Pressão em I = Desnível em I e J =

-

Menos perdas = Pressão em J =

-

l5,04 mca 3.15 18.19 -0,82 17,37 mca

17,38 mca 3,15 20.52 -0.64 19.88 mca

Trecho JK Q = 3.75 v = 1.8

D = 50 J, = 0.12

= 0,12 X 4,25 = 0.51 -

Pressão em J =

1938 mca 3.15 23.03 -0.51

- Desnível entre J e K = - Menos perdas = - Pressão em K = Trecho KL Q = 3,26 v = 2,5

22.52 mca D = 40 J. = 0,29

I,, real = i,,., 1 tê 40 mm =

3,15 0.90 4,05

-

- Pressáo em K =

2252 +3.15 25.67 -0.13 25.54 mca

-Desnível entre K e L = Menos perdas = - Pressão em L = -

Trecho LM Q = 2,68 v = 2.1

J , = 0.19 -

D = 40 J. =0,19 X

4,05 = 0,77

Pressão em L =

- Desnível entre L e M

=

Menos perdas = - Pressão em M = -

2,54 mca 3,15 28,69 -0,77 27,92 mca

Trecho MN Q = 1 , 9 0 1 . s ~ 'D = 3 2 m m v = 2,4 m . s-' J, = 0.33

Comprimento real L,, = Comp. equid. 1 joelho 32 mm =

3,15 1.10 4,25

Pressão em M = 27.92 mca Desnível entre M e N = 3.15 3 1,O7 - Menos perdas = -1,40 - Pressão em N = 29,67 mca

-

Com os valores acima obtidos, podemos completar o Quadro Q.1

Quadm Q.1 Perda de carga

Comprimentos Pesos Uni- AcumuColuna Trecho tinos lados 1

BC

CD DE EF FG GH H1 1J JK KL

LM MN

40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40

480 440 400 360 320 280 240 200 160 120 80 40

Diâm.

Vazão Us 655 6.30 6.00 5,65 5.26 5,00 4.65 4,25 3,78 3.26 2.68 1.90

mm

pol.

75 60 60 60 50 50 50 50 50 40 40 30

3 2 112 2 112 2 112 2 2 2 2 2 1 112 1 IR 1 114

Veloc.

Real

m/s

m 15.00 3.15 3.1.5 3.15 3.15 3,15 3,15 3.15 3,15 3,15 3.15 3,15

1.4 2,2 2,l 2.0 2.5 2.45 2.3 2.2 1.8 2.5 2.1 2,4

Dssdvel do rscrvatóno h última derivação: 3.80 + (L1 pav. X 3,15) = 38,44 m. Rcss;lo residual + perdas = 2967 + 8.76 = 38.43 m. O b x q ã o : A difereqa de 0.01 m se deve Bs apmximaçks de cálculo.

Total

Pressão disponível

Unit Total

m

m

mca

mcalm mca

7.30 1.30 1.30 1.30 1.10 1,lO 1.10 1,lO 1.10 0,90 0.90 1.10

22.30 4.45 4.45 4.45 4.25 4.25 4,25 4,25 4,25 4,05 4.05 425

3,80 2.80 5.33 7.95 10.65 12.82 15.04 17.37 19,88 22,52 25,54 27.92

Equi.

0,045 0.14 0.12 0.10 0,23 0.22 0.19 0.15 0,12 0.29 0.19 0.33

Pressão a jusante mca

kPa

1.00 0.62 0.53 0,44 0,98 0.93 031 O,@ 0,51 0.13 0,77 1,40

2.80 5,33 7.95 10.65 12.82 15.04 17.37 19.88 22.52 25,54 27,92 29,67

28.0 53.3 79.5 106.5 128.2 150.4 173.7 198,8 225.2 254,4 279,2 2%,7

8,76

29,67

2%,7

Obsewagões

Pressãodisponível na primeira denvação para a vdvula Pressão na derivação para a última vitlvula

Inslalaçües de Agua Potável

89

Exemplo 2:

Dimensionar, segundo a NBR-5626, uma coluna de alimentaçáo de um banheiro completo com caixa de descarga, para um edifício de apartamentos com 12 pavimentos (Fig. 1.74).

4.2Om 0,s

0.1

LAV.

L

11/4"

D

i--

-o,Mm

84.

P

a D

..

1.0 BtL

1

C .i

P~SO 7.~.t~n

ZP=21,4

0.5

Ch.

I 114"

I P :28,8

2,Wn V

2,4 0,51..-1 3/4*

Fig. 1.74 Coluna alimentando 12 banheiros

0.1

CX. D E I C A R Q A

Comprimento do encanamento entre B e C = 16,27 m a) Consumo em cada banheiro Os pesos a considerar são: I chuveiro 0,s 1 lavat6rio 0.5 1 bidê O,1 1 caixa de descarga 0,3 I banheira 1,O -

2,4 O chuveiro se acha 2,00 acima do piso do banheiro e necessita de pressão igual a 0,s mca. Pela Fig. 1.74 vemos que, entre o nível inferior do reservatório e o chuveiro, o desnível é de (4.20 + 0,40) - 2.00 = 2,60 m. Para atender às perdas, teremos 2,60 - 0,SO = 2,10 mca. A soma total dos pesos no ponto B é igual a 12 pav. X 2,4 = 2 8 8 A descarga será

No ábaco de Fair-Whipple-Hsiao, com esse valor da descarga e velocidade de 1.4 m . s ~ 'obtém-se , tubo de 1 112", e a perda de carga unitária é de J. = 0,073 núm. O comprimento real 1, entre B e C 16.27 m Comprimentos equivalentes ou virtuais i, 1 registro de gaveta de 1 112'' 0,30 1 té saída lateral 1 112" 2.80 1 tê de passagem direta 1 112" 0,90 2 ioelhos de 90" 1 112'' (2 X 1.3) 2.60 Comprimento total I,. = I, + I , = A perda de carga para essa extensão de encanamento será

Temos que considerar a pressão necessana para permitir o funcionamento do chuveiro no 12Qpavimento, o qual, como vimos, necessita de uma pressão de 0,50 mca. O desnível estático é de 2.60 m. Subtraindo desse valor as perdas JC, = 1,67,teremos 0,93 m, o que dará para atender à pressão de 0,50 m exigida para o chuveiro e as perdas que ocorrerem no trecho entre o ponto C e o chuveiro. Como a perda no ramal de 314" com a descarga de 0.47 1 . s-' é de 0,20 núm, e temos uma disponibilidade de 0.93 mca, essa disponibilidade daria para uma extensão de encanamento igual a

Esse comprimento dará para ligar o chuveiro à coluna. No Quadro Q.2 acham-se calculadas as grandezas de modo análogo ao que foi feito anteriormente para a coluna com vasos com válvula de descarga.

1.7.3 Barrilete ou colar de distribuicão (Manifold) A ligaçâo da extremidade superior das colunas de alimentação, diretamente ao reservatório na cobertura, ofereceria sérios inconvenientes. pois haveria casos em que o reservatório teria dezenas dessas inserções, de estanqueidade problemática. O hurrilete ou colur de disrribuição é a solução que se adota para se limitarem as ligações ao reservatório. Tratase de uma tubulaqão ligando as duas seções do reservatórin superior, e da qual partem as derivações correspondentes às diversas colunas de alimentação. São duas as opções no projeto do banilete. - usar o sistema unificado ou central; - usar o sistema ramificado. Vejamos como se apresentam essas duas modalidades.

Quadro 4.2 Perda d e carga

Comptimentos Pesos Uni- AcumuColuna Trecho tários lados 2

BC CD

DE EF

FG GH H1 U JK KL LM MN

2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2,4 2.4 2,4 2,4 2.4

28.8 26.4 24,O 21,6 19.2 16.8 14.4 12.0 9.6 7.2 4.8 2.4

Vazão

Diâm.

Veloc.

Real

Us

mm

pol.

m/s

m

1,61 1.51 1,47 1,39 1.32 1.22 1.15 1.04 0,94 0.81 0.66 0.47

40 30 30 30 30 30 30 25 25 25 25 20

1 112 1 114 1 114 1 114 1 114 1 114 1 114 1 I 1 1 314

1.40 1,90 1.80 1.75 1.70 1.50 1,40 2-00 1.00 I ,h0 1.40 1,50

16,27 3.15 3,15 3.15 3,15 3,15 3,15 3.15 3.15 3.15 3.15 3,)s

Desnível do mserva16no última derivação: 4.20 + (1 1 X 3.15) = 38.85 m. h s ã o residual + perdas = 28.79 rn + 10.06 = 38.85 m.

Equiv. Total m 6.60 0,70 0,70 0.70 0,70 0.70 0.70 0,50 0.50 0.50 0.50 0.40

Pressão disponível

Unit.

Total

Pressão a jusante

m

mca

mcalm

mca

mca

kPa

22,87 3.85 3,85 3.85 3,85 3.85 335 3.65 3,65 3,65 3.65 3,55

4.20 1.92 4.30 6.72 9.18 11,29 14.29 16,98 19,07 21.31 23.61 26,52

0,10 0,20 0.19 0.18 0,17 0,14 0.12 0,29 0.25 0.18 0,12 0.25

2.28 0.77 0.73 0,69 0.65 0.54 0.46 1,06 0,91 0,65 0,44 0.88

1.92 4,30 6.72 9,18 11.68 14,29 16.98 19.07 21,31 23.81 26,52 28.79

19.2 43.0 67.2 91.8 116.8 142.9 169.8 190.7 213,l 238.1 265.2 287,9

10.06

28.79

287.9

Observações

Pressáo disponível no pnmerro ramaldo banheiro Pressáo na derivação parao úlumo ramal do banheiro

92


Sistema unificado (Fig. 1.75) Do banilete 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. Desse 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 banilete além dos pontos de inserção no reservatório (Fig. 1.75b).

r

r-

I

BARRILETE

i b )

Fig. 1.75 Baniletes unificados.

Sistema ramificado Do banilete, tal como foi visto acima, saem os ramais, os quais por sua vez dão origem a derivações secundárias para as colunas de alimentação. Ainda nesse caso, na parte superior da coluna, ou no ramal do banilete próximo à descida da coluna, coloca-se um registro. Esse sistema, usado por razões de economia de encanamento, dispensa os pontos de controle por registros, e quando se trata de terraço obriga a construir caixas na camada de isolamento térmico da laje, para colocar os registros. Tecnicamente, não é considerado tão bom quanto o primeiro.

Fig. 1.76 Barrilete ramificado.

Caso de castelo d'iígua Até aqui havemos feito referência a baniletes para distribuição de água fria potável para uso comum em prédios convencionais com reservatórios na cobertura. Em instalaçóes industriais pode haver um castelo d'água, sendo preferível localizar o banilete próximo ao nivel do terreno (acima do terreno ou subterrâneo), de modo a tomá-lo mais econômico e funcional. Na Fig. 1.77, acha-se representado esquematicamente um castelo d'água dividido em duas seções, com um banilete operável na casa de bombas colocada na base do castelo.

Instalaçfies ddr Agua Potável

93

Fig. 1.nBanilete de um custeio d'água.

Não foram representadas as demais tubulações (recalque, extravasar e limpeza). Nos castelos d'águade grandes dimensões, o acesso ao reservatório 6 feito por escada helicoidal de concreto em vez das perigosas escadas de marinheiro. Abaixo do fundo do reservatório existe uma plataforma para manobra e acesso ao mesmo. Para isso, projeta-se o reservatório com um núcleo central vazio, par onde o pessoal de manutenção possa ter acesso ao interior do reservatório (Fig. 1.78).

Fig. 1.78 Castelo d'igua com acesso por escada em caracol

94

Inçfnlações Hidrauiicas Prediais e Industriais

A maioria dos castelos d'água existentes não possui duas seções, de modo que existe uma descida única, que, na base dos castelos, dá as ramificações necessárias. Se o reservatório se destinar apenas aágua para incêndio e uso industrial, havendo outro para água para higienee uso geral, o do primeiro caso não precisará ser dividido em duas câmaras. Em instalações industriais, o sistema de bamilete (manifold)é muito usado na distribuição de água, óleo, solventes e produtos químicos, partindo o banilete de um reservatório pressurizado ou não. Cálculo do barrilete 1 PCaso: Bmnlete unifiado Consideremos um banilete que alimenta quatro colunas de um prédio de escritórios, com 22 pavimentos, servindo duas delas a dois vasos sanitários com válvula de descarga em cada pavimento e as outras duas colunas a 1 vaso sanitário também com válvula de descarga em cada pavimento. Podemos dispor os elementos que iremos calcular em um quadro. Para os diâmetros iniciais das colunas, usamos o gnGco publicado no Dirigente Consrrutor, vol. 3-nP2, (Fig. 1.71).

Fig, 1.79 Bamlete uniticado coiii quatro derivafões.

Supõe-se que o cálculo dessas colunas tenha sido feito como vimos anteriormente, no item "Dimensionamento das colunas".

N.'de VS dFV

Peso P

1

44

2 3 4

22

1760 880 8x0 1760

Coluna

-

22 44

IP

Q

Diâmetro inicial da coluna

12.58 839 8.89 12.58

3' 2 IR" 2 in" 3"

(1 . S.')

5280

A descarga correspondente ao peso total será

Considera-se que cada seção do reservatório fornece a metade dessa descarga. Ocasionalmenle, durante a limpeza do reservatório, poderá funcionar apenas uma seçã-O,quando então as condições de funcionamento deixa60 de ser as ideais. A descarga a considerar será, pois:

95

instalações de Agua Potdvei

A perda de carga que em geral se admite é a adotada por Hunter. isto 6,J, = 8 d100 m. Entrando com os valores q = 10,91 s-' e J, = 0.08,no 6baco de Fair-Whipple-Hsiao, obteremos, arredondando "para mais", uma vez que não hh diâmetro comercial de tubo com cerca de 3 112".

.

A perda de carga com esse diâmetro, mantida a mesma descarga, reduzir-se-6 a 3 mil00 m. Obsewaçtão: Alguns projetistas dimensionam o bmilete de modo tal que a descarga total possa ser suprida por qualquer uma das seções do reservatório.

Quadro 4 . 3 I

I

I

Coluna 1

Compariimentos e Peças

I

I

1

I

Diametro Descarga

Trecho

Pesos

(1)

mm

pol.

Banheiro d cx. descarga:

(banheira + lav.

+

2

c. desc. C bidê + chuv.) Cozinha (2 pias + tanque)

I-A

1.73

32

1 114

2-A

1.80

32

1 114

H-G

2.50

40

1 112

= 33.6

7-G

1.68

32

1 114

103.2

G-E

3.03

40

1 112

33.6

8-F

1,50

32

1 114

136,8

E-F

3.48

50

2

120.0 120.0 120.0

D-K F-L D-F

3.48 3,48 3,48

50 50 50

2 2 2

Banh. empregadaemáq.de lavar (I chuv. + 1lav. e l cx.

Banheiro c/ cx.

Banheiro c1 cx. Cozinha 69.6

Banh. empregada e máq.de lavar

Banheiro d cx. descarga

Banilete KDFL

96


2*Caso: Barriiete mmmado A Fig. 1.76 representa um banilete ramificado de um edifício de 12 pavimentos com dois apartamentos por andar, cada um com dois banheiros completos, banheiro de empregada, cozinha com duas pias, kea de serviço com tanque e máquina de lavar roupa. No Quadro Q.3, acham-se indicados os compartimentos e as peças neles instaladas. A coluna da cozinha serve também a um tanque e a do banheiro de empregada, à máquina de lavar roupa. Usando o nomograma da Fig. 1.7 1, determinamos os diâmetros de cada coluna e de cada trecho. Assim, por exemplo, para acharmos o diâmetro do trecho AB, somamos os pesos das colunas 1 e 2. Para acharmos o do trecho CD, somamos os pesos das colunas 1.2.3 e 4. Admitimos que, pela simetria na distribuiçio, a descarga no barrilete é fornecida metade por KD e metade p LF, portanto o trecho DF tem o mesmo diâmetro que os dois citados trechos veriicais. No caso de se desejar prever que toda a descarga possa ser fornecida por apenas uma das seções do reservatório, tenamos que considerarpara os trechos KD e LF a descarga de 4.65 1 s'correspondente à soma de pesos 120 + 120 = 240. da Fig. 1.71, d ainda de 2", neste caso. O diâmetro, conforme se pode verificar usando o

.

1.7.4 Distribuição às peças de utilização A distribuição realiza-se pelos ramais e sub-ramais, cuja altura acima ou abaixo do piso irá depender: do tipo de aparelho; de haver piso rebaixado ou teto falso abaixo da laje e das razões de ordem prática que orientam o projetista. Consideremos alguns casos de uso frequente e vejamos as alturas acima dos ramais e dos pontos dos suh-ramais, onde se efetua a ligação ao aparelho. Essa ligação pede ser direta, como no caso de um chuveim e um aquecedor, ou pode ser feita com pequeno trecho de tubo de cobre ou latão, como nos lavatórios, bidês e mictórios. I *Caso: Ligaçúo de válvula de descarga As Figs. 1.79 e 1.80 mostram, respectivamente, a altura do sub-ramal para as válvulas de descarga de botão e de alavanca, supondo que as válvulas sejam i3 prova de retrossifonagem. A válvula de botão dispensa o registro no sub-ramal, pois já contém um, combinado com a própria válvula. Caso a válvula seja passível de sofrer retrossifonagem do vaso, a altura do sub-ramal acima da borda de transbordamento do vaso é no mínimo de 40 cm.

2PCaso: Diversas peças no banheiro (Fig. 1.82) Observação: Os registros de pressão (R.P.)da banheira também podem ser colocados a 15 cm acima da borda da banheira.

Fig. 1.80 VBlvula de botão. Medidas piua instalaçáo.

Fig. 1.81 VBlvula de alavanca. Medidas para instala$áo.

CAIXA DE DESCARBA COLUNA DE

II

Fig. 1.82 Altura dos pontos de utilização dos aparelhos e peças.

AQUECEDOR

98

lnstala~óesHidráulicas Prediais e Industriais

3 g c ~ 0iigdçáo : de caira de descarga embutida Pode ser feita com o sub-ramal a 20 ou 30 cm acima do piso ou acima da caixa. A Fig. 1.83 mostra o primeiro caso

citado. 4PCaso: Cozinha

Observações: Havendo água fria e água quente, a torneira de água fria 6 colocada 2i direita de quem a utiliza. O ramal da cozinha e o registro 2,s vezes sáo instalados a 1,40 m do piso e não a 0,40 m.

Fig., 1.83 Instalação de vaso sanitário com caixa de descarga. Detalhe de ligação de registro de pressáo.

Fig. 1.U Instal~áode água iria em uma cozinha.

5' Caso: Área de S~?W&O Vemos na Fig. 1.85 a instalação de um tanque de lavar roupa e de uma máquina de lavar roupa.

6*Caso: Mictório de parede (Fig. 1.86)

I

Máquina

Tanqua

de L a v a r

Roupa

Fig. 1.85 Instala~1~1 de igua Iria para ianquç ç máquina de lavar roupa.

100

Insfalaçõcs Hidráirlicas Prediais e Industriais

Mictdrie

Fig. 1.86 Instalação de miçtó"os de parede

Fig. 1.W Curva w'A -C90PBPA DN 50 e 63; B -C90BRPA DN 40.50 e 63.

Prumados de água em ferrofundido A companhia ~ e t a l ú r ~ i Barbará ca fabrica a linha PA de tubos e conexões para pmmadas prediais de água. Os tubos DN 40 mm não têm bolsa, e os de DN 50 e 63 têm ponta e bolsa para uso de anel de borracha. As conexões tém bolsa e ponta, bolsa e ponta rosqueada para adaptar PVC-ou Ferrogalo e bolsa e bolsa. A Fig. 1.88 mostra as peças e conexões que são empregadas na gambiarra de um chuveiro com água fria e Agua quente. O ramal derivado de uma coluna de distribuição acha-se representado na Fig. 1.89, com o registro de gaveta e as diversas conexões. Para a montagem do misturador de Agua fria e quente para chuveiro ou banheiro, pode-se adotar o arranjo representado na Fig. 1.90.

Fig. 1.89 Ramal de uma coluna.

tAF Fig. 1.88 Gambiarra (misturador para chuveiro).

Pig. 1.90 Misturador para chuveiro ou banheira (alternativa)

As tubulações devem ser adaptadas aos reservatórios, empregando-se flanges tanto interna quanto externamente, tal como indica a Fig. 1.91.

Fig. 1.91 Reservatório (detalhe).

102

Instalaçc7es Hidráulicas Prediais e Industriais

Abrw. TPBRPA

-

Fig. 1.92 Algumas conexões de linha PA da Barbará. A -Curva 90' C90BBPA DN 40,B Tê Ponta Bolsa Rosca 50 X 1 114", 50 X 1 1iZ. 50 X 2" e 63 X 2 112". C -Curva45' Ponta e Bolsa; DN 50 e 63; D -Luva Bolsa e Rosca, DN 40.50.63.

1.7.5 Projeto da instalacão de água fria potável Para ilustrar as explicaçõesdadas neste capítulo, acha-se representada a instalação de água fria de um edifício de 12 pavimentos, com subsolo, tendo dois apartamentos por pavimento e um na cobertura para o zelador, além de duas loias e garagem (representada parcialmente). A Fig. 1.93 mostra o esquema vertical de figua fria, podendo-se ver os resematórios e o sistema de elevação de água, o banilete e as coluna verticais de distribuição. Foram previstas válvulas à prova de retrossifonagem,nas quais o êmbolo fecha tanto a favor quanto contra o fluxo (refluxo) da água. As Figs. 1.94 a 1.97 mostram a distribuição nos pavimentos e na cobertura. enquanto as de números 1.98 e 1.99 mostram, além das plantas baixas de distribuição na cozinha e nos banheiros, as representaçóes isométncas e esquemas para indicação das alturas dos ramais e das "saídas" para as peças de utilização.

1.8 INSTALAÇÃO HIDROPNEUMÁTICA(Sistema de fornecimento de água pressurizada) Instalação hidropneumitica é uma instalação na qual, no início da tubulação de recalque de uma bomba ou de um sistema de bombas, se intercala um reservatório metálico. em cujo interior o líquido comprime uma camada de ar durante o funcionamento do sistema. O volume de ar se comprime proporcionalmente à pressão manométrica da instalaçio, permitindo um escoamento sujeito a pulsaçóes de reduzidas amplitudes. Há dois tipos a consjderar, conforme o referido reservatório funcione, como: I V â m r a de ar. E o caso das instalações de bombas alternativas com tubulaç&s de recalque longas e dos amortecedores de golpe de aríere em certas instalações de turbobombas. 2P Como reservarório ou autoclave. Ocorre nas instalaçoes hidropneumáticas ou de pressurização propriamente ditas. Trataremos apenas deste último caso.

1.8.1 Reservatório hidropneumático O reservatório hidropneumático é empregado em certas instalações prediais, geralmente de edifícios com muitos pavimentos, ou poucos pavimentos com áreas muito extensas; em últimos pavimentos de edifícios, em estabelecimentos

Instalações de Agua Potável

C"

o'doun

cop. 5OOOOL

W

Fig. 1.93 Esquema vertical de água fria.

103

CAP 3e 000 L

CAP. 30 O 0 0 C

MEDIDORES

G

Sobe

A

R

A

G

E

- RAMPA

Fig. 1.94 Instalação de igua e gis (subsolo).


105

Instala~óesHidráulicas Prediais e Industriais

Instalações de Á,?na Potrivrl

107

108

Instalafües Hidráulicas Prediais e Industriais

110

I ~ i s t n l n ~ Hidráulicas õ~s Prediais e Indirstriais

C,HAVES ELETRICAS

Fig. 1.100 Casa de bombas. Representação isomktrica.

industriais, estações subterrâneas do metra, galerias de minera~ão,navios, instalações de combate a incêndio, em máquinas de lavar, em duchas etc. Sua finalidade é substituir os resemat6rios elevados que normalmente abastecem os pontos de consumo, mas que nos casos citados, por razões próprias a cada um, não podem ou não convêm ser construídos. Para se conseguir a pressão desejada, bombeia-se a água no interior de um reservatório geralmente cilíndrico e de eixo vertical, a qual comprime um certo volume de ar que, pela sua compressibilidade funcionará como acumulador de energia e amortecedor das oscilaçóes de descarga nas peças de consumo. O reservatório armazena um certo volume de água, que é enviado à rede caso ocorra umademanda. Não é, a rigor, um reservatório de acumulação de águano sentido em que se costuma designá-lo, pois, quando o consumo se prolonga. a água se esgota e a bomba se encarrega de abastecer o reservatório, enquanto persiste a demanda e o reservatório vai alimentando a rede interna. Uma instalação ou estação hidropneumática contém uma ou mais bombas centrífugas, um ou mais reservatórios formando baterias, e controles para manter uma relaçlio adequada entre água e ar para a pressão desejada, alem de equipamento para enviar ar sob pressão ao reservatório. Podem-se classiiicar as instalações ou sistemas hidropneumáticos em: - De baixa pressão, quando a pressão máxima de operação for da ordem de 80 psi. - De alta pressão. para pressões de trabalho acima de 80 psi. A descarga básica, segundo a qual o sistema é calculado, é o consumo ~ i m o p r o v á v e lEm . instalações prediais de água fria, o cálculo do consumo máximo provável 6 feito segundo o critério apresentado na NBR-5626, já visto anteriormente. A pressão que a bomba deve fornecer com essa descarga é a altura manométrica da instalação H. Apressão no reservatório é a altura total de recalque H,, que já vimos como se calcula. A experiência mostra que, quanto maior a pressão no reservatório, tanto melhor funciona o sistema. porém a limitação da pressão de utilização nos aparelhos reduz a pressão máxima para valor compatível com a pressão de utilização dos aparelhos e a altura em que estes se encontram em relação ao reservatório hidropneumático. Assim, um prédio de 36 pavimentos terá três instalações independentes de pressurização, cada qual atendendo a 12 pavimentos: É claro que para fornecer água aos aparelhos do 36"avimento, a uma altura de cerca de 115 m acima da instalação hidropneumática, esta deverá comportar pressão muito maior que a instalação para atendimento aos primeiros 12 pavimentos. Em instalações de grande porte, sujeitas avariações muito grandes de descarga, em vez de uma só bomba capaz de atender à descarga máxima provável, mas que teria de ser ligada e desligada com muita freqüência. têm sido usadas duas. três e até quatro bombas, além de uma de reserva. As bombas, que podem funcionar em paralelo neste tipo de instalação, recalcam a água para um reservatório auxiliar, o qual vai ter ar comprimido armazenado em reservatórios separados. O ar é pré-comprimido na pressão desejada, independentemente das bombas, e serve para manter a pressão na rede quando as bombas estiverem paradas, ou, então, para absorver as diferenças entre o consumo dos aparelhos e a descarga das bombas quando estas estiverem funcionando.

Quando se emprega este sistema com diversas bombas, a fim de evitar paradas e panidas muito frequentes das mesmas, faz-se com que a primeira ou as duas primeiras bombas a funcionarem tenham a metade da capacidade da outra ou das outras duas, se forem quatro ao todo. O comando se faz com sensores ou controladores de nível d'água colocados no r,eservatório auxiliar e, à medida que o nível for baixando, as bombas vão sendo. uma após outra, ligadas automaticamente. A medida que o consumo for diminuindo, inversamente, as bombas vão sendo desligadas automaticamente. à medida que o nível da água vai alcançando os sensores. Estes podem ser d o tipo usado para acionamento de bombas cm instalaçUes de alimentação de caldeiras de vapor. No caso da instalação que chamaremos de convencional, com um reservatório e uma bomba (e naturalmente uma de reserva), não apenas se deve prever que em curtos períodos possa ocorrer eventualmente uma demanda que scja a m á ~ i m a possível, como também, para atender a essa situação, considerar uma reserva de segurança de água acima da boca dc saída do recalque do reservatório, a qual é da ordem de 2010 do volume total do reservatório. Isto evita que a boca de recalque fique exposta ao ar comprimido, que iria para o encanamento. com sérios inconvenientes para um funcionamento regular. O reservatório é dimensionado para um consumo de V, litros entre duas ligações sucessivas da bornba. isto é, por ciclo de operação, de modo que a bomba funcione de seis a 20 vezes por hora. Notemos que a NBR-5626 limita a 6 o número de ligações horárias da bomba, embora apresente um gráfico no qual esse número vuia de 3 a 30. Para instalações hidráulicas de uso industrial, o número de ligações por hora 6 normalmente maior que 6. Os fibricantes de conjuntos hidropneumáticos apresentam em seus catálogos os reservatórios diinensionados pdra 8, 10 e ate 16 ligaçües por hora, conforme se trate de instalações de grande. médio e pequeno porte rcspcctivamente. Há duas maneiras de dimensionar o reservatório: - A primeira supõe que a bomba recalque a água no reservatórin onde n ar se acha na pressáo atmosférica, coiiiprimindo-o até atingir o volume correspondente à pressão desejada. - A segunda prevê um compressor de ar ou dispositivo adequado que introduza ar no reservatório, ou na água ao ser bombeada, e proporcione uma pressão interna que corresponda à pressão inicial da bomba. A vantagem. no caso, é a redução nas dimensões do reservatório. Após um certo tempo de operação, o ar no interior do reservatório acaba se dissolvendo na água, diriiiriuiiido. portanto, o volume do colchão de ar, caso não seja injetado ar comprimido. Em condições normais de temperatura e pressão. a água pode absorver 1,8% de seu volume em ar. Uma vez operando em regime. o comprebsor deverá funcionar automaticamente, repondo o ar perdido pela dissoluçào na água. Alguns projetistas recorrem a pressostatos no reservatório p,xa ligação do relay da chave magnética do motor do compressor, enquanto outros preferem um sensor de nível d'água ou eletrodo especial que faz a mesma operaçào, quando a água atinge o nível para o qual já se faz necessário recorrer à nova injeção de ar.

1.8.2 Dimensionamento do reservatório hidropneumático O principio básico de funcionamento de um reservatório hidropneumático é a Lei de Boyle e Mariotte, que se pode enunciar assim: - "Mantendo-se constante a temperatura. os volumes ocupados por um gás variam inversamente com as pressões a que estão submetidos." Isto é: P , V , = P, V, = constante Chamemos de: Q = Descarga da bomba ou consumo máximo provável em litros por minuto. Deve ser tomada como igual à descarga correspondente ao consumo máximo provável da instalaçào servida pelo sistema, multiplicada por uin fator de segurança igual a 1,15 a 1,25. Pode-se, na falta de elementos mais precisos. adotar para Q 20 a 30% do consumo total diário. Como a freqüência máxima de ligações ocorre quando há um sistema de consumo constante e igual à mciade da capacidade da bomba, alguns projetistas adotam como capacidade da bomha o dobro do consumo máximo horário. N = Número de ligaçües da bomba a cada hora. P, = Pressão absoluta de partida da bomba (atmosferas); 6 igual à pressão manométnca pn , acrescida de uma atmosfera. P, = Pressão absoluta de parada da bomba (atmosferas); é igual à pressão manométrica pm , acrescida de uma atmosfera. V, = Volume total do reservatório hidropneumático (m3). V,= Volume mono ou residual. É o volume de segurança compreendido entre o iiivcl de água correspondente a P , c- o fundo do reservatório. Devem ser adotados. para este volume. 20% do volume total, i*to é, V, = 0.2C . V, V, = Volume de ar correspondente h pressão máxima P, . V,, = Volume de ar correspondente à pressáo mínima P. . V, = Volume útil de água no reservatório, compreendido entre os níveis correspondentes a P , e P, . É o volume de água introduzido no reservatório durante o tempo em que a pressão do ar interior aumenta de P, a P, , ou seja, entre a ligação e o desligamento da bomba. Funciona como uma reserva para suprimento quando a rede demandar e a bomba ainda estiver parada ou durante pequenos intervalos de tempo.

112

Inslalações Hidráulicas Predinis

i.

I~idtrsirinis

Fig. 1.101 Reservatório hidropneumAtico. Grandezas a considerar.

h, = Altura correspondente ao limite de segurança de utilização do líquido do reservatório para evitar que entre ar na linha de recalque. Corresponde A altura do volume morto V, residual. Deve ser maior que duas e meia vezes o diâmewo do tubo de recalque d.

Apliquemos a Lei de Boyle-Maiiotte à expansão do ar do volume V, a V, pm x

v,, =

v,.

=

p,, (V,,, + V.)

=

P.

. V.

(y) P

x v

- V,"

Daí leremos para o volume útil V,

(1.39)

p. e p. são as pressbes manométricas ou relativas em atmosferas, diferenças entre as pressões absolutas e a pressáo atmosférica. Considerando o volume morto V, como igual a 0,20 V, segue-se que

I V,, = 0.8

.V,

]

e teremos

CBlculo do volume total do reservatório V, Há indicações práticas e fórmulas empíricas ou estabelecidas em função de estudos aprofundados que permitem calcular o volume V,. Citemos algumas: a) Numa primeira aproximação, com bastante folga, o volume V, expresso em galões 6 obtido multiplicando-se por 10 a descarga da bomba para o consumo máximo provável expresso em galóesporminuto. É o que propõe Harold Nickelspom na revista Power Engineering. Exemplo: Seja a descarga da bomba 2.5 1 . s-' = 0.55 gal s-' = 33 gallmin. A capacidade do resenlatório será:

.

V, = 10 X 33 = 330 galões ou 330 X 4.546 = 1.400 1

b) Pela f6rmula deduzida por Angelo Gallizin (ImtaEaciones Sanitá&s. Editora Ulrico Hoepli), adotada por Mariano Rodriguez-Avia1 (Fontanería y Saneamento. Editora Dossat). A expressão 6 aplicável à instalação com compressor

onde Q

- Uminuto

N

-

Númem de ligações da bomba a cada período de uma hora

Pode-seadotar para h? 6 para instalações onde for aplicável a NBR-5626182. 6 a 10 para água destinada a instalações indusiiiais.

Exemplo: Consideremos a mesma descarga Q = 2,5 Us = 150 Vmin. Adotemos: p, - pressão relativa, de desligamento = 4 atm p, pressão relativa de ligação = 2 atm

-

Adotemos N = 8 ligações por hora. a) Volume total do reservatório será

b) Volume útil será

C)Relação

d) Volume morto ou residual, ou de segurança, será: V, = 0.2 . V , = 0.2 x 1.40h= 281 I

e) Volume do reservatório ocupado pelo ar -ao desligar a bomba

ao ligar a bomba

I v,, C,, V,

+ -

=

0.8 -

v,

1

,,u V, = I, 1.115 + 2x1

=

1.4M I

Adotando-se um reservatório cilíndrico e fixando-se o valor da altura h compatível com o pé direito do local da instalaçáo, calcula-se o diâmetro D.

Adotando h = 1,80 m. teremos

A altura h , da camada de água correspondente ao volume útil mais a reserva será: I!,

=

4 x 1 V,, ~

-

o

I

Vr1 -

p

1)'

-

-.

~

4 x 0.73 I 3. I 4 x (O.YY)?

=

0.950

imi

f) Emprego da Tabela da Jacuzzi, para tanques de pressão, usando carregador de arjet chargerem vez de compres-

sor de ar. Neste caso temos que procurar enquadrar os elementos de projeto as especificações e padrões do fabricante citado. Continuemos admitindo para a descarga o valor

Para prebsões de ligaçâo e desligamento. adotaremos os valorcs da Tab. 1.17 que mais se aproximam dos que admitimos, ou seja, p m= 4,2 kgf . cm-I p. = 2.8 kgf . cm-' A Tab. 1.17 considera 15 ligações por hora para essa faixa de pressões. Com os valores acima, acha-se para a capacidade da bomba o valor de 9,s m3/h, que mais se aproxima da descarga desejada, que é de 9 m3/h, e para o volume do reservatório, V, = 1 .I92 1. A diferen~aentre o valor de V, encontrado pelo método de Gallizio e o adotado pela Jacuzzi se deve aque no primeiro caso se admitiu menor número de ligações e se empregou compressor, enquanto, no segundo, se previu o uso de um çarrçgador de arjet charger. Para o tanque de 1.192 1, e as pressões acima referidas, o jet charger Jacuzzi seria o de modelo 225 C (v. Tab. 1.18). g) Método da NBR-5626432 A Norma Brasileira utiliza um ábaco publicado no manual Pumpen e que o ilustre engenheiro Hélio Creder teve o mérito de divulgar em seu livro Insfalaçóes hidráulicas r sa~iirdrias,em 1972. No ábaco que reproduzimos (Fig. 1.102), entrando-se com o número N de ligações horárias e com os valores das pressões relativas de partidap, e de paradap, ,obtém-se a relação entre a descarga horária Q (que é conhecida) e o volume total V, do reservatório e, portanto. se calcula o valor de V, .

Tabela 1.17 Dimensões de tanques de pressão Jacuzzi com jet charger

Máxima capacidade da bomba em m'hora a pressão média galões

litros

42

159

2,49

2.95

2.49

2.04

2,49

1.81

2.27

25

82

3 10

3,86

4.54

3.86

3,40

3,85

2.95

3.40

20

Tabela 1.18 Tabela para escolha do jet charger Jacuzzi

116


24

22 20

18

N

Número 1 6 de LlqaqSer 14 Por Hora

12

10 9 8

7 6 5 4

3

14

10

13

12

11 10

9 8

9 8

7

7

6

pn Pressáo da Partido

6

5

Pm Prarsão

4

d.

3

'@portida 3

Er -2

P I

1

-o (atmi

I

I

I (atml

Fig.1.1M Volume total do reservat6rio hidropneurnático(V, ) em função da vazão (Q)

Acha-se em seguida, na tabela, a relação entre V, e V, em função dos valores das pressões de partida e de parada. Daí se calcula V, . Exemplo: Sejam: Q = 2,5 1 . s-' = 9 m3h N = 8 ligações horárias pm=4atm p. = 2 atm

Entrando com os valores p, = 4 ep, = 2 na parte inferior do gráfico e do ponto de encontro, subindo até a reta incli-

Q = 10. nada correspondente a N = 8 ligações por hora, acha-se, à direita, i:

Portanto,

O valor encontrado é consideravelmente menor que o calculado pelo método de Galizzio Se fizermos N = 6 ligações por hora, mantendo os demais valores, obteremos

v, para diferentes valores da pressão de partida @, mín.) e paraa pressão de parada @, máx.) é dada A relação entre v,

naTab. 1.19.

Tabela 1.19 Pressão de parada

Pressáo de partida (atm)

(atm) (máx.)

Pm

Pm

1 ,O

1.5

2 3

0.27 0,40

0,13 0,30 0,40

4 5 6

2,O

2.5

3,0

3,s

4,O

0,20 0,32 0.40

0,lO 0,24 0.33 0.40

0,16 0,26 0,34

0.08 0.20 0.29

0.13 0.23

Alimentação d e ar O ar pode ser introduzido no reservatório para formar o colchão pressurizador e amortecedor proveniente de diversas fontes: a) Compressor. h) Aeroejemr. É o caso do jet charger da Jacuzzi, dos carregodores de ar dos sistemas de pressáo da Barbará, da Hidráulica Magalhães, da CEP e de vários outros fabricantes. c) Utilizando ar comprimido de instalação existente numa indústria. Vejamos algumas informações sobre o emprego do compressor. Compressor de ar O compressor de ar deve ter capacidade tal que possa elevar a pressão do volume V, do reservatdrio acima dos tubos de entrada e saída da água, no máximo em 2 horas. da pressão atmosférica, até a pressão de serviço na operação de carregamento inicial. A rigor. dever-se-ia considerar o volume V, . No exemplo que temos acompanhado, podemos considerar

Como a pressão absoluta é

118

lnstalacõrs Hidráulicas Prediais e Industriais

o volume efetivo de ar introduzido no reservatório ser&

V, X 3 = 1.406 X 3 = 4.218 1 em 2 horas, ponanto, 2.109 I de ar por hora. Aumenta-se de 30% esse valor para atender As perdas e fugas, de modo que a capacidade do compressor será de 2.10s

+ (0,30 x 2.109) = 2.742 Yh = 45,7 Umin

ou seja, 1,6 pés'lmin. Pode-se usar. por exemplo, o compressor Wayne, modelo W-7170-LI-3 CV 600 rpm 2 cilindros, escoihido da Tab. 1.20.

-

Tabela 1.20 Compressores Wayne de dois estágios - 7 kgf . ~ m(100 - ~psi) pédtmin Da13 13 a 18 18a30 30 a 45 45a54

Umin 0 a 367 367 a 509 509 a 849 849 a 1273 1273 a 1528

Modelo sobre base

Unidade compressora

Cilindros

V'''

cv

W-7170-L W-7240-L W-8400-L W-9600-L W-9720-L

700 700 8M) 900 900

2 2 3 5 5

600 850 710 710 850

3 5 7,s 10 12

.

A letra ''L indica tratar-se de compressor de baixa pressão (atb 100 I b / p ~ l=. ~7 kgf cm~l).

A letra "I" especifica que o compressor será equipado com disjuntor automático para serviço intermitente. Uma vez efetuado o carregamento de ar, o compressor voltará a funcionar para repor o ar que for se dissolvendo na água e, por conseguinte, arrastado para fora do reservatório. O comando é feito por um pressostato que atuará de modo que o motor do compressor religue, quando a pressão p,,, se tomar cerca de 10% superior ao valor máximo que se estabeleceu. O uso do ar comprimido reduz a dimensão do reservatório, pois, sem ele, a própria água bombeada no interior do reservatório é que irá criar a pressão, comprimindo o ar que 14 se encontrar. Na fase de carregamento inicial de ar, deve-se fechar o registro de saída do reservatório, para evitar que o ar vá para os encanamentos. Liga-se depois a bomba com o compressor funcionando, e, quando o nível atingir h,, abre-se o registro com a bomba ligada.

Fig. 1.103 Reservatório hidropneumáticocom bomba comandada por eletrodos de controle de nível.

Insfalizçõ~sde Agira Potáuel

119

Na Fig. 1.103, acha-se indicado um r e s e ~ a t 6 n 0hidropneumático com comando do motor da bomba por meio de eletrodos que controlam os níveis de ligar e desligar. Um pressostato liga ou desliga o compressor. Acham-se representadas as alternativas com utilização do ar comprimido de instala5ão geral de uma fábrica, ou de um compressor instalado especialmente para essa finalidade. Uma válvula solenóide acionada pela energia el6trica fornecida sob o estímulo do pressostato permite a regulagem da admissão de ar no reservatório quando o ar vier da rede geral da fabrica. A Fig. 1.104 indica uma chave elétrica acionada por um flutuador (bóia) para desligar a bomba quando o nível é máximo e não estiver havendo consumo de água. Existem dois pressostatos: um para ligar e desligar a bomba e outro para ligar e desligar o compressor. PIESSOBTATO LI @ A O COMPR sca O ~ A N D OA !?E .% .

6 ULTRIPAISADA

6

RCBBOsTATO UOA E OESUOA A BOMBA V E M M) COMPREISOO CONTATO,

DESLIOA A BOMBA

Fig. 1.104 Reservatório hidropneumitico com sistema de pressostatos e chave de contato comandada por flutuador.

Usa-se uma válvula de segurança calibrada para 5 psi acima do limite de pressão de operaçãop, . A Fig. 1.105 fornece indicações sobre o equipamento de pressurização da FMC-Filsan Pressão mínima de trabalho: 6 kg/cm2 Pressão máxima: 8 kg/cmZ Sistemas similares são fabricados pela FILTRAL-RIO, pela Aquecedores Cumulus SA., pela Babará S.A.. pela Jacuzzi do Brasil e outras empresas.

1.8.3 Vantagens do sistema hidropneumático -

-

Apresenta menor custo inicial, quando comparado às instalações com castelos d'água. Espaço ocupado, reduzido. Pode ser instalado em qualquer área. Permite uma modulação no sistema, proporcionando um aumento de produção no abastecimento, de acordo com o aumento da demanda, podendo-se acrescentar novas unidades h instalação.

1.8.4 Sistema de distribuição hidropneumática Os aparelhos passíveis de provocar retrossifonagem só podem ser instalados com o seu sub-ramal protegido por um quebrador de vácuo. A tomada d'água do sub-ramal que alimenta aparelhos passíveis de sofrer retmssifonagem deve ser feita em um ponto da coluna no mínimo 0,40 m acima da borda de transbordamento do aparelho servido.

120

instalações Hidriulicas Prediais e Industriais

D'ir.xnsíxr aproximadas

'OI dador de vaza0 referem-se 1 ecom altura m o m é t n c a igual a 80 m

a

Fig. 1.105 Equipamento de instalaçãio hidropneumfitica do FMC-Filsan.

1.9 INSTALAÇÕESDE DISTRIBUIÇÁOCOM BOMBEAMENTO DIRETO 1.9.1 Descricão geral do sistema Em edifícios comerciais, apartamentos, hotéis, hospitais, fábricas e em navios, tem sido muito empregada nos Estados Unidos e no Brasil a instalação de abastecimento interno, de água fria com pressão constante, sem emprego do reservatório superior e sem utilização do reservatório hidropneumático. Tal como na instalação hidropneumática. com o sistema a seguir descrito economiza-se espaço e diminui-se o custo de constnição do reservatório superior e da estrutura. O sistema consiste no bombeamento diretamente em um bmilete (Fig. 1.106), do qual saem as colunas de alimentação, e que distribui a água com pressão constante, independentemente do consumo dos aparelhos da rede interna do edifício. A rotação da bomba C constante, podendo, portanto, ser usados os motores convencionais de indução, em geral de 1.750 e 3.500 rpm. São usados os seguintes sistemas: a) Com duas bombas, chamado também dúplex. b) Com uês bombas. ou uíplex.

1.9.2 Sistema dúplex Uma bomba, designada por bomba principal, operaem regime contínuo a velocidade constante e atende ao consumo do sistema até um certo valor. Quando a demanda excede essa capacidade. uma segunda bomba entra automaticamente em ação, graças à ligação de uma chave elétrica comandada por uma válvula automática de pressão, e opera em paralelo com a bomba principal, até que a demanda do sistema volte a baixar. Quando o consumo cai para um novo valor prefixado para a descarga, inferior ao ponto de funcionamentoda bomba principal. a segunda bomba é automaticamenteparada pela atuação de uma chave comandada por um mtâmeuo. O rotâmetm 6 ligado aos dois lados de uma placa de onfcio, na linha de recalque, no começo do bmilete. Durante a variação da descarga, a pressão na linha permanece constante graças à válvula de pressão constante de tipo especial. O sistema é projetado de tal forma que as duas bombas descarregam num barrilete de recalque único, passando a água pela válvulaespecial mencionada, reunindo as características de válvula de redução de pressão e de vhlvula de retenção com amonecedor de choque C dou D. O segredo do bom funcionamentodo sistema reside nas características construtivas das válvulas e do rotâmetro. Como se observa nas Figs. 1.106 e 1.107, existe uma válvula principal C, que é calibrada para a pressão desejada para o sistema; e uma auxiliar, D, semelhante à primeira. também calibrada mas para 0,15 kgf . ~ macima - ~ da pressão do sistema. Quandoadescarga cai a um valor prefixado, a válvula principal C fechae a auxiliar D permanece aberta, atendendo à demanda do sistema. A existência das duas válvulaspermite boa regulagemdentro deuma largavariação de descarga, sem variação na pressão. O sistema auxiliar de válvula-piloto inerente L válvula contém também um controle que permite o fechamento instantâneo caso ocorra o desligamento da bomba, mas que restringe e retarda a abertura da válvula, de modo a evitar vibração da válvula para descargas muito reduzidas. Uma instalação típica dúplex terá uma bomba em operação permanente, fornecendo água na entrada das válvulas C elou D, a uma pressão que varia de acordo com as curvas características da bomba e do encanamento. As v6lvulas C e D são fabricadas e reguladas de modo tal que, sua saída, a pressão se mantenha constante e no valor desejado, independentemente da descarga que passa, isto é, que é consumida com a utilização dos aparelhos. Desse modo, a pressão na boca de recalque da bomba pode variar sem afetar a pressão desejada para o sistema. Analogamente, a descarga demandada pela rede pode variar de um máximo até zero, dentro dos limites das características da bomba, praticamente sem afetar a pressão do sistema. Pode acontecer que ocorram situações anormais em que a descarga demandada seja nula e, então, a bomba principal, funcionando sem consumo, ficaria aquecida pela água, impossibilitada de sair do caracol da bomba. Como medida de segurança, emprega-se então um sensor, no caso um termostato F, que é adaptado ao caracol da bomba, de modo que, quando a temperatura da água atinge certo valor, atue por um sistema de comando elétrico sobre uma válvula solenóide de alívio E, que permitirá o escoamento da água aquecida para um dreno ou para o próprio reservatório inferior. A experièn-

Fig. 1.106 Duas bombas. Sistema unipres.%ureda Chicago Pump Co

vdwu~araar

L I C I P E DO A I

-'?

- --

- -

LI-

(&:~~'@15~:~~~#~0)

EARRILETE SUPERIOR

a

-+I

-.-m

+

I

-

Fig. 1.107 Diagrama de uma instalação com bombeamento direto à rede.

cia mostra que esta válvula E raramente funciona, porque, desde que passe pequena descarga, a bomba não aquece excessivamente. Se houver uma queda de pressão no lado da bomba relativamente às válvulas C e D, devido ao desligamento ou a uma queda de tensão na rede elétrica, o dispositivo de retenção dessas válvulas entrará em funcionamento, impedindo o refluxo da água para o reservatório inferior. Em geral, os fabricantes fornecem um rotlmetro para verificação a qualquer momento do consumo de água. Quando houver paralisação no consumo por penodos longos (como ocorre em escolas, prédios comerciais, certos processamentos industriais), um disjuntor automático comandado por um sensor de afão com descarga nula desliga as bombas. Quando recomeça a utilização da água, ao se abrir, por exemplo, uma torneira. um sensorde redução na pressão automaticamente atua, ligando novamente a bomba para que a pressão volte a ficar constante. A válvula de controle permite que a pressão no sistema atinja até 0.35 kgf . c m 2acima de sua pressão prevista, o que acontecerá quando a descarga no sistema for interrompida. Então, graças à atuação dos sensores, a bomba é desligada. Quando se encontra desligada e se abrem torneiras em outros dispositivos de consumo, tão Logo a pressão caia 0,3 kgf . cm-' abaixo da pressão estática reinante com a bomba parada, os sensores de pressão atuam ligando a bomba. Deve haver uma chave de reversão manual ou automática para alternar as bombas, fazendo com que ora uma, ora outra seja a bomba principal. Pode-se usar um time-switch para ligar e desligar a bomba nas horas desejadas. Inconvenienres do sistema. O funcionamento fica na dependência do fornecimento de energia elétrica pela rede e de um bom serviço de manutenção. Além disso, obriga o emprego de um grupo gerador de emergência a 61eo diesel, o qual também por outras razões é necessário instalar.

IiistnlnçO~sdr, AXiin PolBr~el

123

Tabela 1.21 Consumo dos a p a r e l h o s e m u n i d a d e s d e descarga Unidades d e descarga Item

Aparelho

1

Vaso sanitário

Utilização

Tipo

Público e comercial

Flush-valve

Caixa de descarga 2 3

Lavatório Chuveim

4

Banheira Mictório

Srandard

Ducha 5

Pedestal

Flush-valve

Caixa de descarga Banheiro completa

6

Pia

7

W.C.; lav.;

Flush-valve

chuv.; banh. Cozinha

Caixa de descarga dupla Simples

Bar Laboratório

Lavadar de pratos Máq. de lavar roupa

8

9

Privado

i0

6

5 2

3

4 8 4

2 4 2

I

10 5 8 4

6 2

3 3 2 6

2 4

.PIblico c Comercial wmpmcndc hottis, hospitais. escolas. fibncas. lojas. Dams. restaurantes. **Pnvodo compreende residências. pddim de apariarnmios e escritfnim.

Informaçõespara cálculo de um sistema dúplex Para prédios com demandamáxima de até 20 1 . s", pode-se utilizar apenas uma bomba, ficando a outra em stund-hy. Se o consumo for maior que este valor, a segunda bomba 6 prevista para entrar em ação em paralelo com a primeira. A descarga máxima para esse cálculo, conforme recomendação dos fabricantes, pode ser determinada somando-se os pesos atribuídos aos consumos dos diversos aparelhos, segundo tabela por eles preparada, e passando-se ao valor da descarga em 1 . s com o emprego da Tab. 1.21, também elaborada pelos fabricantes. Com o valor da descarga se verifica a necessidade de duas bombas (além de uma de reserva), e se procede ao c8lculo da altura manométrica, como já vimos.

'

1.9.3 Sistema tríplex Contém três bombas operando em paralelo. sendo uma principal, e entrando as outras duas sucessivamente em operação quando a descargada rede deconsumo atingir valores prefixados. Este sistema é usado em hotéis, onde a variação de consumo é grande. Tabela 1.22 U n i d a d e s d e descarga Total de unidades d e descarga 150 250 370 500 630 775 920 1.070 1.225 1.550 1.900 2.250

Descarga (1. 9.') na demanda máxima 5,2 6,s 7.8 9,l 10,4 11,7 13.0 14.3 15.6 18.2 20.8 23.4

Total d e unidades d e descarga 2.650 3.000 3.400 3.800 4.250 4.7W 5.100 5.600 6.050 6.550 7.050

Descarga (1 . s-'i na demanda máxima 26.0 28,6 31.2 33.8 36.4 39.0 41.6 44.2 46.8 49.4 52.0

É usado ainda quando o sistema de bombas atende também à rede de combate a incêndio com sprinkler, em locais onde a legislaçio sobre sistemas de combate a incêndio o permite. Alguns projetistas usam a terceira bomba como reserva das duas primeiras. As indicações apresentadas a seguir são recomendadas pela Federal Pump Corporation, pela Pacific Pumping Com: pany e pela Chicago Pump, conceituados fabricantes de bombas nos Estados Unidos. Além dessas companhias. existem outras nos Estados Unidos que fabricam as válvulas automáticas de pressão constante, entre as quais a Golden Anderson Valve Specialty Company -Pittsburgh. No Brasil, obedecendo a elevados indices de qualidade e confiabilidade, iá sáo fabricadas válvulas similares.

Criterio para previsão da demanda total, segundo recomendação dos fabricantes - apartamentos -edifícios de escritórios -hotéis Para a escolha da bomba e dimensionamento do encanamento e escolha da válvula, temos: a) Se a soma dos pesos indicar descarga igual ou inferior a 10 1 . s~',adotar 100% do consumo. Exemplo: 500 unidades de descarga = 9.1 1 . s ' . Adotar 100% de 9,l 1 . para demanda do prédio.

b) Se a soma dos pesos indicar descarga compreendida entre 10 1 . s-' e 16 1 . s~', usar 10 1 . s'como demanda do prédio. Exemplo: 775 unidades de descarga = 1 1,7 1 . s'. Adotar apenas 10 1 . s-'

. .

c) Se a descarga calculada pela soma dos pesos for superior a 16 1 s-'. adotar 60% do total, como demanda do prédio. Exemplo: 4.700 unidades de descarga = 30.0 1 . s ~ ' 0,60 X 39,0 = 23,4 1 . s-' para demanda do prédio No caso de escolas. hosoitais. fábricas. estádios a) até 10 1 . s-' - adotar 100%para demanda;

.

b)de101.s1a141~s~'-adotarl0l.s';

c) acima de 14 1 - s-' - adotar 70%.

Perdas de carga A válvula cspecial de prcssio constante provoca uma perda de carga da ordem de 3 mca. As perdas de carga no encanamento e nus p q a s especiais aão calculadas confomc indicado cm 1.5. Barrilele Pode-se usar um barrilete apenas, no teto do subsolo. ou um barrilete superior que receba a água recalcadae a distrhua para as diversas colunas dc alimcntação. Uma terceira soluçio é reunir as colunas de alimentaçáo num bmilete superior, no qual se colocam válvulas de alívio para permitir a expulsão do ar no encanamento. Há fabricantes que aconselham o seguinte critério para fixação do número de bomhas: a) Duas bombas idênticas, cada qual dimensionada para 55% da demanda máxima do sistema. Recomendado para instalações em que o consumo varia pouco. Operução A bomba principal opera continuamente, ficando a segunda de reserva. Quando a demanda excede a capacidade da bomba principal, a segunda entra automaticamente em funcionamento e ambas continuam a operar até que a demanda decres~aaté a capacidade da bomba principal.

b) Duas bambas idênricas e uma piloto Usadas em prédios de escritórios, shopping centers, apartamentos onde há piques de consumo elevados e longos períodos de pequena demanda. Operação Uma bomba piloto de pequena capacidade opera continuamente durante os longos períodos de pequena de-

manda. Quando a demanda excede a capacidade da bomba piloto, uma das bombas principais liga automaticamente e a bomba piloto pára. Se a demanda ultrapassar a capacidade da primeira bomba principal, a segunda bomba principal parte automaticamente e as duas trabalham em paralelo. Quando a demanda baixa, desliga primeiro uma, depois a segunda, e a bomba piloto liga logo que o consumo atinge sua possibilidade de atendimento. c) Três bombas idênticas e uma piloto São usadas em prédios comerciais muito complexos e em grandes hotéis. A operação é semelhante ao caso b).

1.9.4 Instalações com bombas de rotação variável Vimos, ao estudar as bombas, que as grandezas características do funcionamento de uma turbobomba variam com o número de rotações. A necessidade de obter uma pressão constante independentemente do consumo, em instalações prediais, de manter um nível constante em instalações de esgoto, de manter constante a temperatura em sistemas de aquecimento ou de resfriamento de líquidos e de manter uma descarga constante em sistemas de processamento com recirculação, levou os fabricantes de bombas a projetar bombas com motor de rotação variável. Antes da existência desse tipo de bomba, os recursos empregados compreendiam apenas variadores mecânicos ou fluidodinâmicos, além de embreagens e acoplamentos eletromagnéticos, cuja atuação não correspondia plenamente ao ideal pretendido. A empresa norte-americana Aurora Pump (do grupo General Signal Corporation), para variar a velocidade durante a operação da bomba de sua fabricação na medida da demanda, faz variar a tensão aplicada a um motor de corrente alternativa NEMA "D"que aciona a bomba. O sistema conhecido como Apco-Matic Variable Speed Pumping System constitui-se essencialmente de um transdutor de pressão na linha de recalque que sensoriza um sistema de pressão, o qual envia sinais elétricos a um centro de controle sempre que se inicia uma variação de pressão provocada por variação da descarga. O centro de controle então faz com que a velocidade do motor da bomba varie de modo que a pressão se conserve a mesma, apesar da variação da descarga. A finalidade do transdutor e sensor é transformar transientes hidráulicos em sinais ou estímulos elétricos capazes de determinar, no equipamento eletrônico do centro de controle, respostas que definirão a varia~ãona rotação do motor. Neste centro de controle, os retificadores estáticos de silício SCR reagem ao sinal enviado pelo sensor e modificam a onda senoidal da corrente alternativa que alimenta o motor da bomba. Assim, por exemplo, se for necessária apenas metade do número e rotações, somente metade da onda senoidal poderá passar através do SCR ao motor. Este responde operando na rotação exatamente necessária para atender à solicitação do sistema. As mudanças de velocidade se processam suavemente, sem ruído, em atendimento à demanda verificada a cada momento. O fabricante fornece o centro de controle do motor, projetado para atender à aplicação desejada.

Fig. 1.108 Equipamento elirrico dr ciintrole. Sistema Apco-matic com duas hornbas de velocidade variável

126

Instalafiius Hidráulicas Prediais e Industriais

Faremos referência a dois sistemas básicos deste tipo de instalação segundo as indicaçües de Aurora Pumps: Tipo " E

Tipo " D

Compreende duas bombas cujos motores são operados por um único centro de controle. Em operação, a velocidade da bomba líder é regulada pelo SCR até que alcance a velocidade máxima compatível com as características da bomba. Automaticamente fica ligada na linha para essa rotação e a segunda bomba é dernarrada através do SCR para a velocidade mínima. A velocidade da segunda bomba vai aumentando na medida da necessidade, tal como ocorreu com a primeira bomba. Compreende uma, duas, três ou quatro bombas, cada qual com seu equipamento SCR de controle, individual. Deste modo, é possível, a qualquer tempo, expandir uma instalação original dotada de uma ou duas bombas, acrescendo-a até o total de quatro bombas. Como foi dito, cada bomba tem seu limite de controle. Quando a primeira bomba atinge o máximo de sua capacidade, o centro de controle da segunda bomba dá partida h mesma. As outras duas bombas numa instalação com quatro bombas vão sendo sucessivamente acionadas pelos centros de controle respectivos.

1.10 CAPTAÇÃO DE AGUA DE POÇOS Em localidades onde não existe rede pública de abastecimento de água, ou quando se pretende reforçar o volume de l por meio de bombeamento da água de poços. As instaágua de abastecimento, usa-se retirar a água do I e n ~ osubterrlneo lações de captação de poços vão desde as modestas instalações para residências isoladas, até as grandes instalações que servem a indústrias, quartéis, hotéis, colégios e comunidades habitacionais. A água que se infiltra no solo. atravessando a camada de húmus, a faixa de transição e afranja de capilaridade, atingindo a chamada zona de saturação, constitui um lenfolfreático, também chamado aquqero livre. Com a escavação ou perfuração de poços e a utilização de recursos apropriados, esta água pode ser retirada e utilizada. Quando a camada permeável encharcada se encontra entre duas camadas de rochas impermeáveis, ela se denomina lençol artesiano ou aquífero confinado. Conforme as condições de pressão do aquífero artesiano, uma vez aberto o poço, a água pode jorrar livremente, dispensando qualquer bombeamento. Trata-se dos poços surgentes. Se o nível piezométrico do aquífero se situar abaixo da superfície do solo, dever-se-á bombear a água. Este é o caso mais comum. Ao se perfurar um poço, após um certo tempo, a águavem a enchê-lo até uma cota que corresponde ao nívelestático do lençoi. Quando se procede ao bombeamento, a água vai baixando até que se estabeleça0 equilíbrio entre a água retirada e a que se infiltra para o interior do poço. Então, o nível se estabiliza e se denomina nível dinâmico do poço. Em geral o nível dinâmico do poço. mesmo no caso dos lençóis freáticos, que são em geral menos profundos, é bastante profundo para impedir o uso de uma bomba colocada na superfície do terreno; pois, como vimos, a máxima altura estática de aspiração, pelos condicionamentos que analisamos, não pode ser em geral superior a 6 ou 7 m. Toma-se necessáno recorrer a modalidades especiais de instalação. Entre essas modalidades, faremos breve referência Bs instalações que empregam: - ar comprimido, chamadas bombas de emulsão de ar; - bombas e ejetores; - bombas de poço profundo.

1.10.1 Bombas de emulsão de ar Esse sistema, conhecido como air-liji, não é propriamente uma instalação de bomba, mas um sistema misto de bombeamento a ar. Utiliza ar comprimido conduzido em um tubo que permite injetar o ar em um tubo maior, até uma profundidade considerável. O tubo de ar comprimido pode ser colocado externa ou internamente ao tubo por onde se elevará a água. O ar, saindo do tubo por um aspersor (tubo com grande número de orifícios), ao penetrar no tubo de aspiração (tubo adutor), mistura-se com a água. e esta mistura ou emulsão água-ar, possuindo menor peso específico que o da água, é recalcada pela pr6pria água do poço, em virtude da diferença de pressões hidrostáticas fora e dentro d o tubo nomenclatura. que pode ser aplicada ao poço Numa instalação de poço, . . qualquer . . que . seja seu tipo, é usual a seguinte representado na ~ i g 1.16: . S = Submergência estática C = Altura de elevação ou desnível topográfico A = Submergência dinâmica D = Rebaixamento do lençol A - = Submersão B A - = Submergência relativa

C

instnlnçrirs de d,pirn Potável

127

-Fig. 1.109 Instalação típica de eleva@~da igua pelo sistema air-I@.

A descarga retirada do p q o é tanto maior quanto maior for a submergência dinâmica A em relação à altura R, isto é. a submersão AIB. A experiência mostra que os melhores resultados com o sistema air-li@são obtidos para uma submergência A/B da ordem de 65%. Excepcionalmente se atinge a 75% e se desce a 33%. A Tab. 1.23fornece paradiversos valores da submergência e dos diâmetros dos tubos de água e de ar a descarga que se obtém.

Vantagens e inconvenientes do sistema air-lgt Em instalações provisórias. ou quando a água contém substância^ abrasivas capazes de danificar as bombas, este sistemaé muito usado, principalmente quandojá existir instalação de ar comprimido, devido a extrema facilidadede instalação e segurança de funcionamento. O rendimento referido à potência do compressor é baixo, da ordem de 0,25 a 0,50. Tabela 1.23 A Submergência B

Diimetm

dos tubos (mm) Agua

Ar

38 50 63 75 88 100 125 150

13 19 25 25 25 30 38 38

33%

43%

50%

55%

60%

66%

Descarga elevada em litros por minuto 40 65 120 230 320 430 720 940

52 95 160 350 425 550 9M) 1.3M)

58 I I3 200 380 490 600 1100 1.500

60 140 210 390

500 650 1.140 1.550

68 150 225 396 512 655 1170 1600

71 162 243 404 530 662 1.205 1.670

128


Pressão de a r A pressão de ar necessária para a partida corresponde à submergência estática S, isto 6. ao comprimento do tubo imerso, quando o compressor começa a funcionar. A pressão de serviço corresponde à submergência dinâmica A, h qual deve ser acrescida uma margem de segurança aliás pequena. Compressores Costumam ser usados os compressoresde 105 cfm (178 m31hora).A pressão máximausual desses compressores6 de 120psi (8,4 kgf . ~ m - ~o )que , faz funcionar um poço com submergênciaestática de 82,8 m. Para poços de pequena profundidade, o compressor de 100 psi (7 kgf . cm-') pode ser usado. Peça injetora ou difusor Para que o ar penetre no tubo de água formando bolhas de minúsculas dimensões. a extremidade do tubo pode termnar em uma peça onde se faz grande número de orificios -o difusor. Em instalações mais simples, os furos são feitos no própno tubo de injeção de ar. A distsncia 1 entre os orifícios e o fundo do tubo de água varia de 0.50 rn

e 2.00

A B A para B

para - = 0.75 =

0.25

Filtro Na extremidade inferior do tubo de água, pode-se usar com vantagem filtro apropriado.

1.10.2 Ejetores ou trompas d'água Em poços com lençol freático pouco profundo, emprega-se muito o ejetor na instalação de bombeamento com bomba centrífuga comum ou acoplado diretamente à própria bomba. Os ejetores, também chamados trompas ou edutores, funcionam segundo uma aplicação imediata do princípio de

Al

UIDO A S P I R A W

Fig. 1.110 Ejetor. Cone longitudinal

Bemouilli e são dispositivos que constam essencialmente de um bocal convergente, alimentando um bocal convergentedivergente. A hgua motriz (a que vai produzir a elevação desejada) vem da bomba e atravessa o bocal convergente e, em seguida, o bocal divergente. Na passagem do bocal convergente para o divergente, na seção estrangulada, a velocidade é máxima e, por conseguinte, a pressão é baixa. A depressão que se forma no ejetor, aliada i velocidade considerável da veia líquida, produz o arraste do ar existente no encanamento e, em seguida, do pr6prio liquido que deve ser aspirado. seguindo ambos pelo ~ b deo recalque. Chamemos de H, - a pressão da água ? entrada i do ejetor; H , -a pressão da água bombeada à entrada do ejetor: H,,- a pressão do líquido à saída do ejetor.

onde A, e A, são as áreas indicadas na Fig. 1.110. Para valores de R de 0,25 a 0,625, o rendimento do ejetor é dado por

" kH&. e da ordem f, z =

'

( H L- H,,,

é

de 35%.

A descarga que sai do ejetor é dada pela equação I M = -Q =

Q,

descarga aspirada descarga da boinba

É evidente que Q = Q, + Q,

C6 um coeficienteexperimental que depende das caractensticas do ejetor (v. A.J. Stepanof -Cenfrifugaland axial Jlow pumps).

A Jacuzzi do Brasil fabrica bombas especialmenteadaptadas i instalação de ejetores denominadas bombas injetaras para poço profundo, série VJ, fabricadas para potências de 113 a 15 cv. Podem atender a profundidade de 100 m, altura manométrica de 200 m e descargas até 26m3íhora,constituindo-se em verdadeiras bombas de poço profundo. A Tab. 1.24 fornece as grandezas para as bombas Jacuzzi série VJ para motores de 113 a 2 cv. Bombas inietoras são também fabricadas oela emriresa Bombas Esco S.A.. Hidráulica Magalhães e outras mais. Na instalação para retirada de água de poços freáticos com bomba e ejetor, pode-se adotar a disposi~ãoindicada na Fia. 1.1 11. Um pequeno reservatório(500a 1.0001) serve paraescorvara bomba e deixar sedimentar as impurezas trazidas peia água recalcadã, principalmente areia fina que desgasiat+arapidamente a bomba. Para esse fim, colocãm-se divisórias ou chicanas no reservatório. No inicio do funcionamento, o registro 2 está aberto e o 1 fechado. A água circula do reservatório para a bomba e volta ao reservatório. Aos poucos, vai-se abrindo o registro 1 e fechando o 2. A água atua no ejetor e produz a depressão própria a permitir a aspiração. Uma parte da água bombeada sai pelo encanamento A até seu destino, enquanto outra parte é enviada ao ejetor. Às

-

-

PLANTA

briont. os

do reservatório chiconos a t é o fundo

com t o d o s

Fig. 1.111Instalação de bombeamento com ejetor, com reservatório auxiliar de decantação

Tabela 1.24 Bombas injetaras Jacuzzi para poços profundos, de um estágio 2.450 rpm - 60 hertz

Instaiafijes de Agua Po!áuei

131

IEIERVAT~RI'O A U X I L I A R PARA "ESCORVA"

(-8

-.

--I ?T'

= I T ~ T I C O DO LENGOL

.&i

/.DINIIYICO

(BOMBA

FUNCIONANDO^

Flg. 1.112 Instalaqáo de bombeamento com ejrior. com reservatório auxiliar para esrorva

vezes, executa-se a instalaqão simplificada, semresematóriodecantadorde areia (Fig. 1.112).Neste caso, depois de escorvar a bomba, fecham-se os registros 1 e 3 e abre-se o registro 2. Uma vez posta a bomba a funcionar, a água estabelece um circuito fechado do poço h bomba e de novo ao poço. Vai-se abrindo lentamente o registro I ao mesmo tempo em que se vai fechando um pouco o registro 2. Assim, parte da água segue pelo tubo de recalque, enquanto outra parte desce para atuar no ejetor. No início do tubo de recalque, coloca-se uma válvula de retenção.

1.10.3 Poços profundos Quando o lençol freático ou artesiano 6 profundo e se pretende executar uma instalação em caráter permanente com o emprego de bombas, usa-se a instalação das bombas para poços profundos, também designadas por bombas submersas. As bombas são instaladas no interior de um poço de diâmetro relativamente pequeno, cujas paredes são constituídas por tubos cravados, enquanto é feita a perfuração do poço, perfuração essa que se baseia em métodos cuja exposição pode ser encontrada nas obras mencionadas nas referências ao final deste capítulo. Há dois sistemas de bombeamento de poços profundos: a) Com bombas de eixo prolongado O motor fica ? superfície i do terreno, e o eixo, apoiado lateralmente em mancais dispostos ao longo do tubo, aciona a bomba, cujos rotores ficam imersos na água do lençol subterrâneo. Geralmente são bombas de múltiplos estágios e são empregadasem paços com até mais de 300 m. São chamadas de bombas turbinas. designação que deixa a desejar, se bem que seja tradução literal do nome usado nos Estados Unidos. b) Com bombas de motor imerso ou submerso O motor elétrico, de forma alongada, acha-se ligado diretamente ao conjunto da bomba, ficando imerso no poço. Nesta categoria. existem dois tipos, ambos normalmente de múltiplos estágios. - Bombas com motor seco, protegido por um encamisamento, em volta do qual a água passa refrigerando-o. - Bombas com motormolhado. A água pode atingir os enrolamentos, os quais recebem um isolamento especial. São indicadas para poços de grande profundidade. A Fig. 1 .I 13 representa uma bomba de eixo prolongado conhecida como bomba turbina de eixo vertical de fabricação de Bombas Esco S.A.. achando-se indicadas as partes principais da bomba e as especificações dos materiais empregados. A Fig. 1.114 é de uma bomba submersa Haupt-Pleuger modelo N62 com vários estágios (2 até 40). Acham-se representadas as curvas da dependência entre a altura manométrica expressa em metros e a descarga expressa em litros por minuto, conforme o número de estágios, além das curvas de rendimento e da potência em função também da descarga. O diâmem D do grupo, incluindo o cabo el&trico,é de 143 mm,podendo ser colocado em p ç o de 6".

132


Nomenclahira de p g a s empregadas na construção stnndnrd N.O

Nome

Material

1

Tubo da coluna

Aço carbono ou nodular

2

Selo mecânico

O-Rings e retentores "U"

3

Estágio de saída

F.OF.O ASTM-A48-30

4

Eixo da bomba

Inoxy - AISI-410

5

Estágio intermediário

F.OF.O ASTM-A48-30

6

Rotor

F0 PDuctil-inóxi-Bronze

7

Estágio de entrada

F.OF.O ASTM-A48-30

8

Tampão

F.OF.O ASTM-A48-30

9

Boca de sino

F.OF.O ASTM-A48-30

10

Mancal da bomba

Borracha ou bronze

11

Bucha cônica

Aço SAE-1045

12

Porca do rotor

Bronze ou aço

13

Eixo da coluna

Aço SAE-1045

14

Luva do eixo

Aço SAE-1045

15

Suporte do manca1

Ferro nodular

16

Luva da coluna

Ferro nodular

17

Manca1 encapsulado

Borracha ou neoprene

18

Mancal - união

Bronze ASTM-B144-3A

19

Tubo protetor

Schedule 80 extraforte

20

Crivo cesta

Aço Inox. AISI-304

21

Arandela estabilizadora

Nodular com coxim

22

Flange da coluna

Ferro nodular

23

Bucha

Bronze

24

Flange cabeçote

Ferro nodular

25

Eixo de regulagem

Aço SAE-I045 - cromado

26

Tubo curto

Aço ou nodular

27

Luva acoplamento

Ferro fundido

28

Cavalete

F.OF.O ou aço

29

Caixa de rolamentos

F.OF.O ou aço

30

Cabeçote descarga

F.OF.O ou aço

31

Prensa gaxeta

Diversos

Fig. 1.113 A. Bomba centrífuga tipo turbina, vertical ESC0 para poço profundo. B. Cabeçote com motor.


r- 0

np[b]

7

.Rendimento

n= NJrneros

da

estágios

da bomba

Pp = P o t l n c i a r e q u e r i d a P a r a 1 estigio [CV]

Fig. 1.114 Bombas submersas Haupt-Pleuger, modelo N 62

133

134

Instalaçíies Hidráulicas Prediais e Industriais

A Especificaçio EB-829 da ABNT, de 1975, estabelece as condjçóes mínimas exigíveis para o recebimento de instalações prediais de água fria. Determina que seja obedecida a norma de instalaçóes em vigor e que qualquer alteração no projeto seja justificada pelo executor das instalaçEes, que, após o término das mesmas, deverá atualizar os desenhos face às modificações introduzidas. Esses desenhos, que retratam a instalação tal como foi feita (as buili), servirão de cadastro para a operação e manutenção das instalaçües. A EB-829 apresenta os critérios de amostragem que representam elementos para julgamento da aceitabilidade da instalação. Indica, outrossim, os ensaios que devem ser feitos para testar: - A estanqueidadeà pressão interna. Todas as tubulações devem ser ensaiadas à estanqueidade por pressão interna de água, 50%sukrior A pmssão estática mhxima na instalação. não devendo descer em ponto algum datubulação a menos . ~ mpelo - ~Projeto de Método Brasileiro P-MB-1128. de 1 kgf - As condições de funcionamento dos pontos de hgua. Os pontos de água selecionados na amostragem devem ser postos a funcionar com a peça de utilização correspondente. determinando-se a subpressão na abertura rápida, as condições de vaziio e a sobrepressão & fechamento rápido, pelo P-MB-I 129. - As condições de funcionamento das elevatórias dou instalações hidropneumhticas de acordo com as normas específicas. As tubulaçóes ensaiadas h estanqueidade por pressão interna, tal como mencionado acima, não devem apresentar vazamentos ou exsudação em seis horas de ensaio. A pressão estática em qualquer ponto não deverá exceder 4 kgf . cm". A EB-829 apresenta, ainda, em detalhes, as condições de aceitação e rejeiçáo da instalação. Assim, por exemplo, na verificação da estanqueidade à pressão interna, caso o número de ocorrências, quer de vazamentos, quer de exsudação, seja maior que 10, na amostra, a instalação deverá ser rejeitada: se esse número não for superior a 10, a instalação deverá ser aceita após todos os reparos e com a repetição do ensaio. A amostra mencionada corresponde a , no mínimo, três de cada conjunto de 100 pontos de água ou fração, excetuando-se válvulas e caixas de descargas, que terão verificação especial.

-

. .. ....

NU-J2'19RIl.Nnma Brarilcin de I n s i a l a ~ k sRnlhsi. de i g u a Fna EB-829. Espcifica;;~ Brasilcirk p x a Rrccbimsnin de In\lilaçirs Yrediiir de Água Fna ~~~-5626/,982.

Livms BABBIíT, Harold E. Plunbing. McCraw-Hill, 1950. GAY e Faucelt. Mechonicol ondeleclricol equipmenlfor building. lohn Wiley, 1945. ANDRADE, João Vcloso. Dishibuiçáo de bgua fria em widèncias. Revistade Engenharia. Mackenzic, maio 1950.. AVIAL. Mariano Rodnguez. Fonroneria y soncamento. 1950. GALLIZIO, Angelo. Imroloeiones snnilarim. Tradução da 6' edição italiana, Hoepli. 19M. DAY, Lauis 1.Imtalações hidráulico-sonildrioa. Tradução de Paulo F. Santos. CREDER, Hklio. I m r o i n ~ Whidrdulicoa ~ e sonirdrias. LTC -Livros Técnicos e Científicos S.A.. 1978. COüTíNHO. Ataulpho. hsralaçóes hidrduIicm domiciliares. 1956. CARDÃO. Celso. Imlnln~õcsdomiciliares. 1956. MACiNTíRE, Arehibald Joseph. lnsralaçbes técnicas. Is volume, 1961. CROCKER, Sabin. Piping Hnm%mk. McCraw-Hill. Johnron Division. Universal OiI Pmducts. ARun subterranen epogos rubularer. Tradução da CETESB. 1974. SOUZA, Dioclcs I. Rondon. Hidmrécnico continental. 1977. Pcços - Manual tLcnico n* 5-297 do DcpaMmento do Exdrcito e da Força Atrea Norte-Americana (USAID). Tradução de Paulo S. Nogami, Univcrsidade de S. Paulo. FINCH. Volney C. Pump handbwk Nalional Rcss. USA. Johnston Rimp Handbook - nic vrm'cal Pump. Johnston h m p Company. P-dena. Califomia. 1954. MANTõROLA, [saias Condes. Problemprdcnio dr selecei6nde equipoporo bo&o & agua subrerrdma. Secretariade Reeunm Hldricas do Merico, ,O<' B7,".

. . .

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Sanpress. Comercial de Tubos s Conerne~1.tda. Fabnrnar, Tigre, Companhia Hiinren 1ndu:Uial. Filual. Filtros e Tramentu d'Agua Lida. - Tanques hidropneumáticns para sistemas de alta e de baixa pressão Cumulus. Asuecedares Cumulor S.A. Tanque de pressão'%umulus". Barbará ~ . ~ . ' ~ o n j u de n tpresaao o Modelo ÓH-01: Bambas Bemet S.A. KSB da Brasil. Boriihas. Wonhington S.A. (twmbas). Sulzer (bombas). Dancor S.A (bombas). Bombas Albriui P e q SIA. Indsteel S.A. Ind. e Com. (bombas). Mataruro S.A. Prudutoi temaplBsticos. Confir6nciaspmnunciodns nos Seminários de Inslnlo$8e~Prediais de Agua Fria. promovidos pela ABES, em Süo Paulo (11 e 12M4L77)e no Rio de Janeiro (14 e IJMfl7) e publicadas na reviala Engenharia Sonirdrio. V. 16. N' 2:178-IR@abr./jun. 1977. GUARDIA, Airton Casuo. UtilizaçZc de válvulas de descarga em instalações prediais de 4gua fria. PASSETO, Wilson. Problemas de sobrepressão em instalações prediais de 6gua fria. MANFREDI, Marco. Novos tipos de váiwlas de descarga e aperieiçoamentos (Assessor da DOCOL Ind. e Com. Ltda). ROBRISON, Brian A.M. Novos tipos de vavulas de dercarga e aperfeiçoamentos (Fabrimar S.A. Ind. e Com.). PUIG, Joaquim. Utilização de caixas de descarga em instalações prediais de Bgua fria. CREDER. Hilio. Os projetista? e executores de instalações prediais no Brasil (I). VIEIRA. Calos. Os projetistas c execulores de instalações prediais no Brasil (11). RABELO FILHO, Fausto de Marcos e MORAIS, Dilson Joaquim. Aprovação de projetos de instalaçòes hidráulico-sanitárias prediais.

Esgotos Sanitários

As prescrições relativas às instalações prediais de esgotos sanitários variam em nosso país conforme as municipalidades. Todas, porém, seguem fundamentalmente a Norma Brasileira NB-19/83, registrada no INMETRO sob o nWBR-8160/ 1983, que fixa as condições técnicas exigíveis para o projeto e a execução das referidas instalações. Alguns regulamentos acrescentam valiosos subsídios, indicando casos e circunstâncias não previstos na Norma, alargando o campo das definições e das especificações dos materiais, estabelecendo minuciosas explicaç8es sobre a execução dos serviços e ensaios para recebimento das instalações. Outros adotam simplesmente a Norma e explicitam os aspectos mais dietamente ligados à sistemática de aprovação dos projetos, ao registro de firmas instaladoras e ao licenciamento e aprovação das obras, além, naturalmente, das ohrigações e penalidades. Na exposição deste capítulo, procuramos seguira NBR-8160183 (NB-19). acrescentando alguns subsídios para auxiliar o esclarecimento de certos pontos que, dada a indispensável concisão da No,ma, foram abordados sumariamente. Procuramos, também, seguir o Regulamento da Companhia Estadual de Aguas e Esgotos -CEDAE -do Estado do Rio de Janeiro. fazendo observações quando há divergências dignas de menção, com relação aos regulamentos das principais capitais do país. Para uma explicação mais rápida e direta da Norma e do citado Regulamento, não obstante a clareza de ambos, na elaboração dos projetos, apresentamos considerável número de desenhos ilustrativos das principais exigências neles contidas. As condições de esgotamento de alguns conjuntos habitacionais e de complexos industriais sugeriram certa atenção para os projetos dos coletores e do tratamento dos esgotos. Sem a pretensão de entramos no terreno do projeto das redes urbanas de esgotos sanitários e de tratamento dos esgotos, acreditamos que os elementos apresentados auxiliem o pmjetista, o instalador e o construtor nos casos em que os referidos problemas devam ser por eles solucionados e não pela municipalidade. Isso acontece em locais onde não há rede pública de esgotos sanitários ou quando a execução dos coletores de um armamento habitacional ou industrial é de atribuição dos interessados.

Os esgotos prediais são, ou deveriam ser, lançados na rede de esgotos da cidade. Esta rede, que toda cidade possui ou almeja possuir, pode ser realizada segundo um dos seguintes sistemas: a) Sistema unitário: no qual as águas pluviais e as águas residuánas e de infiltração são conduzidas numa mesmacanalização ou galeria. É conhecido sob a denominação francesa tout-à l'egout. b) Sistema separador absoluto: no qual há duas redes públicas inteiramente independentes: uma para águas pluviais e outra somente para as águas residuánas (e de infiltração). No Brasil é o sistema adotado, devido às vantagens que apresenta em relação ao sistema unitário, entre as quais a exigência de menor diâmetro das canalizações e menor custo de elevatórias e estações de tratamento. c) Sistema misto ou separador combinado: no qual as águas de esgoto têm canalizações próprias, mas estes condutos estão instalados dentro das galerias de águas pluviais. Também se designa com o nome de sistema misto, sistema parcial ou inglês, aquele em que a rede de esgotos recebe uma paite das águas pluviais: as que caem nos telhados e phtios. No Brasil não é empregado.

Esgotos Sanitdrios

137

2.3 TERMINOLOGIA Seguiremos a terminologia adotada na NBR-8 160183 em ordem alfabética e acrescentaremosas explicações necessarias. Altura de fecho hidrico (H). É a profundidade da camada líquida, medida entre o nível de saída do desconector e o ponto mais baixo da parede ou colo inferior que separa os compartimentos ou ramos de entrada e saida do aparelho @gs. 2.1 e 2.2). Águas residuárias. São os líquidos residuais ou efluentes de esgotos, que compreendem as águas residuárias domésticas, as águas residuárias industriais e as águas de infiltração. Aguas residuárias domésticas ou despejos domésticos. Sáo os despejos líquidos das habitações, prédios ou estabelecimentos comerciais, indústrias, hospitais, hotéis e outros edifícios. Podem ser divididas em águas imundas ou negras e águas servidas. Águas imundas são águas residuárias contendo dejetos (matéria fecal), elevada quantidade de matéria orgânica instável, utrescível, com grande quantidade de microrganismos e eventualmente vermes, parasitos e seus ovos. &uas servidos sáo as resultantes de opera~õesde lavagem e limpeza de cozinhas. banheiros e tanques. Águas de infiltração são representadas pela parcela das águas do subsolo que penetra nas canalizações de esgotos na falta de estanqueidade das juntas das mesmas. E da ordem de 0,0002 a 0,0008 Vs por metro de coletor. Águas residuárias industriais podem ser: - orgânicas; -tóxicas ou agressivas; -inertes. Aparelho sanitário (AS). Aparelho ligado B instalação predial e destinado ao uso da água para fins higiênicos ou a receber dejetos e águas servidas. Exemplo: vaso sanitario, lavatório, bidê, banheira etc. Bujão (B). Peça de inspeção ou visita adaptável h exnemidade de canalização ou conexão metálica (Fig. 2.3). É chamado de plug se colocado externamente ao tubo. e de cap, se internamente ao tubo.

LCURYA 90'WYIOITA BUJAO OU CUP

Fig. 2.1 Indicação da altura de fecho hídrico em um sitão.

Fig. 2.2 Indicação da altura dr Icho hídrico em um vaso sanilário.

Fig. 2.3 Colocação de bujão na extremidade de uma mbulaçáo.

Caixa de areia (CA). É a caixa detentora de areias. Náo é empregada em redes de esgotos. É usada em instalações de águas pluviais, principalmente na base de uma coluna de águas pluviais. Nas linhas de águas pluviais, em armamentos, não são autorizadas em alsumas municipalidades por permitirem a estagnação da água na pane inferior (Fig. 2.4). Caixa coletora (CC). E a caixa onde se reúnem despejos cujo esgotamento exige elevação mecânica. Caixa detentora (CD). É a caixadestinada a reter substâncias prejudiciais ao bom funcionamento dos coletores sanitanos. É o caso da caixa detentora de cabelos, de gesso em salas de ortopedia e em muitas instalações industriais (Fig. 2.5). E também chamada caixa retentora. Caixa de derivafão ((CDE)ou de junção (C.J). Recebe efluentes de dois ou três coletores e permite que escoem em um coletor único. Pode receber, por exemplo, o efluente tratado de duas ou três fossas séoticas oara lancá-10 em vaias de filtração (Fig. 2.6). Caixa diluidora (CD,). É acaixa destinada a reduzir a concentração da acidez ou alcalinidade dos despejos, pela adição de água. Usa-se em Iíiboratórios e em instalações industriais (Fig. 2.7). Caixas dedistribuição ((CDS)(Fig. 2.8).Estas caixas aplicam-se Bcolocação de fossas sépticas em baterias. A caixade disuibuiçãodivide o despejo primário entre duas ou três fossas e acaixa de junção reúne o efluente tratado das fossas. São usadas também na distribui~áopelas valas de filtraçáo, do efluente tratado de uma fossa. Caixa de nordura (CGJ.É a caixadestinada a mrmitir a seoaracão das eorduras daáeua. Pode ser de concreto. alvenaria de tijolo,?erro fundido, fibrocimento e PVC. '

. .

-

138


o

n 3

o

M P ~ ODE INSPE ÃO DE FECHAMENTO H E R M ~ T I C O rT A(NORMALMENTE SE FERRO F u N m o o ~

PLANTA

S~MBOLO CAIXA DE AREIA

FLg. 2.4 Caixa de areia.

Esgotos Sanitários

- CHAPA

DE C I M E N T O - A M I A N T O COM

FUROS DE 9 m m e

CORTE A A

139

0.63Oi0,S00~0,010m

/

PLACA DE CONCRETO P R < - MOLDADO

MEDIDAS E M METROS

Fig. 2 5 Caixa detentora de materia súlida.

Os tipos principais acham-se indicados nas Figs. 2.9a. 2.9b. 2 . 9 ~e 2.9d. As caixas de gordura terão sempre um fecho hídnco não-sifonável e deverão ser fechadas hermeticamente, com tampa removível. A caixa de gordura (como aliás qualquer caixa sifonada) é dividida em duas câmaras (receptora e vertedora), que se comunicam somente na parte inferior, a 20 cm no mínimo abaixo da superfície livre do líquido. Não são permitidas caixas com septos removíveis, que possam vir a dar passagem aos gases dos esgotos. Caixa interceptara -decantndora. Como o nome indica, intercepta e provoca a deposição de substâncias em suspensão nos esgotos que não coqtenham materia fecal (Fig. 2.10). Caixa de inspefão (CI).E a caixa destinada a permitir a inspeção, limpeza e desobstnição das canalizações, a junção de coletores e mudança de declividade. Pode ser de seção circular, com 0,60 m de diâmetro, ou quadrada, com 0,60 m de lado, no mínimo (Fig. 2.11). Pode ser de anéis de concreto armado pré-moldados, com fundo do mesmo material, ou de alvenaria de tijolo maciço, ou blocos de concreto, com paredes no mínimo de 0,20 m, feitas no local. A profundidade máxima 6 de 1 m. Excepcionalmente são permitidas C1 com forma retangular em dimensões internas de 60 cm no lado menor. Caixa de passagem (CP).Destina-se,a permitir a inspeção, limpeza e desobstnição das canalizações de esgotos, coletores, subcoletores e ramais de esgoto. E uma caixa dehspeção com apenas uma entrada e uma saída para o esgoto (Fig. 2.12a).

140


CORTE

AB

1 O FUNDO i CONCRETADO NO LOCAL

(-tq ENTRADA

C.D.E.

-eFig. 2.6 Caixa de derivação.

o,oa ,

,

0

1 1

1 . ~ 0 ~

,

.o,o8

1 1

CORTE A A

"'

CORTE BB

Fig. 2.7 Caixa diluidora (C.Di)

MEDIDAS EM METROS

142


CORTE A 8

D I M E N S ~ E SEM mm

PLANTA

Fig. 2.8 Caixa de distribuiçáo.

Esgotos sanitários

143

GORDURA

2

CORTE 0 0 ANEL G.I.

~ ~ l c u do l o volume de r e l e n ~ â ono caixo da gordura individual (CGI.) 7 1 . ~H ~. Fecho hidrico: 2 0 0 mrn 3 , 1 4 1 1 5 ~ 216 18,369 t C o i a o da gordura i n d i v i d u a l I C G l I , tombam chomodo c o i x a de g o r d u r a pequeno I C G P ) de concreto U s a d a p a r a 1 cozinha

Fig. 2.9a Caixade gordura individual (C. G. I.), também chamada caixadegordura,pequena (C. G . P.) deconcreto. Usada para uma pia. (Modelo Sano S.A. Indiístria e Comércio.)

144

Instalaçaes Hidráulicas Prediais e Industriais

CORTE A.A

S~MBOLO

DIMENS~ES EM mm

Cálculo do volume de retengbo da c a i x a de gordura simples (C.G.S. 1. Fecho hidrico: 2 0 0 m m H . R? H 3,14 x 2 0 ' 2 5 :3 1 , 4 t C a i x a de g o r d u r a s i m p l e s (C.G.S.) de c o n c r e t o ou caixa Sifonodo s i m p l e s . Usada paro 2 c o z i n h a s .

Fig. 2.9b Caixa de gordura simples (C. G. S.) de concreto (Modelo Sano S.A. Indústriae ComLrcio) ou caixa sifonada simples. Usada para uma ou duas cozinhas.

Esgotos Sanitários

DIMENSÒES EM mm

CORTE

,

Cblcula do volume de i e t e n ~ ã ono Coiro de g o r d u r o dupla ( C G D 1 TT R 2 n Fecho hidrico 350mrn 3.14 1 3 0 Z r 4 2 . 4 : 120 f

co!zo de g o r d u r a d u p l o f C G D I Poro mais de d u a s ( 2 ) c o z i n h o r a t a o mdxirno d e d o z e I121

Fig. 2 . 9 ~Caixa de gordura dupla (C. G. D.)tipo Sano S.A. para mais de duas cozinhas ai6 o mixirno de 12.

145

146

InstalaçGes Hidráulicas Prediais e Industriais

n

D I M E N S ~ E ÇEM m m

CORTE

I

PLANTA

P L A N T A DA TAMPA DE FERRO Cdiculo do volume de retençõo do c o i r o de gordura espsciol ( C G . E ) lT R 2 H Fecho hidiico : 4 W m m Coixo do g o r d u r a e s p r c i o l ( C t E ) poro 4 0 0 , 7 5 0 , 1 0 W s 1 5 0 0 r e l a i ~ õ a r d i i i i o r

Fig. 2.9d Caixa de gordura especial (C. G . E) tipo Sano para 400, 750, 1.000 e 1.500 refeições diárias.

Esgotos Sanitários

147

T A M P A DE CONCRETO U DE CHAPA DE A O 0 T P i N r A D A cou i i n r n S ~ ó x i c a

raupãa,

I

1.00"

4CORTE

*+

IOOrn

BB

3 CORTE A A

Fig. 2.10 Caixa interceptadora - decantadura.

Existem caixas de passagem modelo popular, nas quais aespessura dos anéis é de 4 cm e a tampa éde ferro fundido tipo leve ou de concreto com tampinha de ferro fundido de 0,420 m 9. Existe, também, um tipo pequeno de caixa de passagem com grelha ou tampa cega, denominado ralo de passagem. Destina-se a receber água de lavagem de pisos dou efluentes da canalização secundaiia de uma mesma economia (Fig. 2.13). Pela NBR-8 160 o diâmetro mínimo deve ser de 150 mm. Caixa separadora de óleos (CO). É a caixa destinada a reter óleos ou graxas, impedindo que tenham acesso aos coletores prediais (Fig. 2.14): Caixa sifmada (CS).E a caixa datada de fecho hídrico e de tampa, destinada a receber efluentes de aparelhos sanitáros. exclusive os de vasos sanitários. Tem as mesmas caractensticas das caixas de gordura, isto é: -formato circular ou retangular; - fecho hídrico de 20 cm; -diâmetro interno mínimo de 40 cm ou mínimo de 40 cm X 40 cm, se forem quadradas; - fechadas hermeticamente com tampa de ferro fundido facilmente removível; -orifício de saída com diâmetro mínimo de 75 mm. Calha. E o trecho do coletor situado no interior de uma caixa de inspeção ou poço de visita. É uma meia-cana entre maciços de concreto magr?, de enchimento, chamados almofadas (Fig. 2.12b). Canalizaçãoprimária. E a canalização onde têm acesso gases provenientes do coletor público ou de canalizações onde escoa matéria fecal. Canalização secundária. É a canalização protegida por desconector contra o acesso de gases provenientes do coletor público ou canalizações onde escoa matéria fecal. Cup. Peça de inspeção adaptada externamente à extremidade de uma canalização de esgoto (Fig. 2.39).

148

Instalaçóes Hidrdulicas Prediais e Industriais

,

PLANTA

TAMPA DE F E R R O

FUNDIDO P E S A W

CORTE

O I M E N S ~ E SEM mm

PLANTA

-,

PLANTA

S~MBOLO

Fig. 2.11 Caixa de inspeçáo.

Coletorpredial. É a canalização de esgotos de propriedade particular que conduz o esgoto de um ou mais edifícios até a rede coletora pública; Em certos municípios, o diâmetro mínimo permitido é de 150 mm. Coletor de esgoto. E a canalização que, funcionando como conduto livre, recebe contribuição de esgoto em qualquer ponto ao longo de seu comprimento. Coletor tronco. E um coletor de esgotos que recebe, altm dos esgotos provenientes dos coletores prediais, a contribuição de vários coletores de esgotps. Coluna de ventilação (CV). E a canalização vettical destinada A ventilação dos desconectores situados em pavimentos superpostos. Desenvolve-se através de um ou mais andares, e sua extremidade superior é aberta à atmosfera, ou ligada ao tubo ventilador primário ou ao banilete de ventilação. Contribuinte. 6 o agente produtor de esgotos. Desconector (D). E o dispositivo hidráulico ligado a uma canalização primária e destinado a vedar a passagem de gases das canalizações de esgotos para o interior do recinto. Exemplos: sifões sanitários, ralos sifonados e caixas sifonadas. Despejos. São refugos líquidos dos prédios, excluídas as águas pluviais. Emissário. Conduto final de um sistema público de esgotos sanitários, destinado ao afastamento do efluente da rede para o ponto de lançamento da descarga, sem receber contribuiçóes no caminho. Esgotos sanitários comuns ou domésticos. São as águas residuárias já definidas. Fecho hídrico. É a camada líquida que, em um desconector, veda a passagem de gases (Fig. 2.1). Instalação de esgoto primário. E o conjunto de canalizações e dispositivos a que têm acesso gases provenientes do coletor público e de canalizaçóes onde escoam matérias orgânicas que possam produzi-los. Peça de inspeção (PI). Dispositivo para inspeção e limpeza e desobsuuqão de um encanamento. Pode apresentar-se como uma conexão sob a forma de tubo (tubo operculado), curva ou junção com visita ou tampa (Figs. 2.17a, b, c; 2.18a. b). Poço de visita (PV).É uma caixa de inspeção com mais de um metro de profundidade. Permite o acesso às canalizações e à realização de operações de limpeza e desobstmção (Fig. 2.19). Facilita a junção de coletores, as mudanças de declividade, de cota, de material ou de seção das canalizações. Em instalações prediais, a maior distãncia entre poços de visita ou caixas de inspeçáo é de 25 m (segundo a NBR-8160183).

Esgotos Sanitários

CORTE AA

PLANTA BAIXA

símeo~o

D I M E N S ~ E SEM mim Fig. 2.1221 Caixa de passagem (ou inspeçáo).

Fig..Z.lZb Base com calha para tubas com diâmetros de 150, 200 e 250 mm.

149

150


CORTE A B

185

DIMENSÓES

*

'iq

PLANTA

EM mm

n

GRELHA DE ERRO FUWOIW OU METAL

Fig. 2.13 Caixa de passagem com grelha. também chamada ralo de passagem de concreto pré-moldado. (Modelo Sano S.A.)

Esgotos Sanitários

7 TAMPA DE FERRO FUNDIDO

D I M E N S ~ E SEM mm Fig. 2.14 Caixa separadora de 61eo (C.O.). (Modelo Sano S.A.)

151

152


PAS DE FERRO FUNDIDO

C A I X A DE INSPEÇÃO

C A I X A "8" "50+

$+50

-600

C A I X A "A"

BOXES DE LAVAGEM

83XES

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I

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boxes de lavagem boxes de lavagem

Para

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boxes de lovagern

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CAIXA

Para

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"A"

u m conjunto d e c a i x o t ~ e " B " duas caix9s"A"e urna c a i x a " 8 " dois conjuntos de c a i x a s " ~ " e"8"

Fig. 2.15 Conjunto separador de 6leo para postos de lub~ificação.(Sugestão Sano S.A.)

I

I

/ /I

/ C A I X A "A.

Esgotos Sanitários C A I X A S E P A R A D O R A DE ÓLEO

RECEPTORA LATERAL

CAIXA

I

153

S A D A P/ LOCAIS C/ OU S/ T R Â N S I T O

I CORTE 0 0 '

IA

I

CORTE A A '

Fecho h i d r i c o - 3 0 0 m m

Fig. 2.16 Caixa separadora de 61eo com caixa receptara lateral. (Modelo Sano S.A.)

Joelho 87"30' Fig. 2.17a Linha Predial Barbará.

Flg. 2.17b Curva raio longo 90" (Linha Predial Barbará).

Fig. t 1 8 b Curva raio longo 90" com inspeçEo e saída de emergência (Linha Predial Barbari!).

Fig. 2.1Sa Tubo radial com inspeção e saída de emergência (Linha Predial Barbará).

Fig. 2.1% Sitão com inspeção e saida de emergência (Linha Predial Barbari).

154

Instalaçfies Hidráulicas Prediais e Industriais

Tom da Tubo

Fig. 2.18d Curva raio longo com inspeçáo e saída de emergência (Linha W i a l Barbari).

CORTE

A - 8

, IPEDRA B R l T A D b N Q 4 COBERTA COM P E D R O BRITbDA NP 2

MEDIDAS EM mm I

PLANTA

til Fig. 219 Poço de visita com anéis de concreto armado pré-moldados.

Erxotos Sanitários

155

Nos loteamentos ou conjuntos com vários edifícios comportando armamentos, as distâncias entre os PV têm sido adotadas pelos seguintes valores indicados pelo Prof. Antonio de Siqueira: Coletores de 150 mm e 200 mm ........................60 a 70 m Coletores de 250 mm ....................................... 70 a 80 m Coletores de 3W mm a 450 mm....................... 90 a 100 m Os MOS de visita são fechados por tampões de ferro fundido de seção circular. Podem ser do tipo leve, para caixas em passeios onde não possam estacionar veículos (Fig. 2.20). ou de tipo pesado, de rua (Fig. 2.21). onde possam estacionar veículos. Os poços de visita, como aliás as caixas de inspeção, podem ser dos seguintes tipos: a) Poços de alvenaria de tijolo maciço, ou blocos de concreto, com espessura mínima de 20 cm, revestidos internamente de argamassa de cimento e areia (Fig. 2.22). b) Poços de concreto armado pré-moldado, como os da Fig. 2.19. c) Poços de concreto annado moldado no local, empregados apenas no caso de emissários, interceptares e outros casos especiais. Os PV deverão ter seção circular com um diâmetro mínimo de 1,10 m, ou quadrada com lado no mínimo igual a 1.10 m. Quando tem mais de 1.50 m de profundidade, o poço de visita consta de duas partes: a câmara inferior e o poço de acesso (chaminei. O poço de acesso deverá ter no mínimo 0,60 m de diâmetro. Quando o desnível entre os coletores de entrada e de saída no poço não permitir a execução de umacalha entre ambos, usa-se instdar um tubo de queda tal como indicado na Fig. 2.23. Nesta figura, vê-se também um outro coletor que não necessita de tubo de queda. Rolo (R). Caixa dotada de grelha na parte superior e destinada a receber águas de lavagem de piso ou de chuveiro. E

T - 27

T - 27 AR ARTICULADO

SIMPLES

555 35

Y

i

I

U m \

735

820

Fig. 2.20 Tampão para caixa de inspeçáo sanitária em calçada. Carga máxima de 1.500 kgf.

T - 120 SIMPLES

T - 120 AR ARTICULADO

Fig. 2.21 Tampão para caixa de inspeção sanitária na ma. Carga máxima de 4.200 kgf

156

Instaiaçóes Hidráulicos Prediais e Industriais

LPEDRII T A D AN P ~ T IB ~ ~ ~ ~ COBERTA COM PEDRA BRIT.DA N Q Z

i L v y a n i r DE PILYOFIDA

SOCADA

DIMENSÕES EM METROS Fig. 2.22 Poço de visita em alvenaria

também conhecido como ralo seco ou ralo comum (Figs. 2.24a, 2.24b e 2.24~).Pode ser de cobre, latão, concreto, cerâmica vitrificada, chumbo, ferro fundido e PVC. Quando de cobre ou latão, em geral os ralos são estampados e fabricados com diâmetros de 10, 15 e 20 cm. Sobre o ralo adapta-se um caixilho com grelha de metal niquelado. Havendo necessidade de colocar o ralo com profundidade maior para atender à declividade, usa-se um colarinho adaptado ao caixilho, soldando-o ao ralo. O ralo faz parte d o esgoto secundário e, portanto, não tem sifâo. A altura mínima do ralo deve ser de 10 cm. Os ralos depassagem, também chamados caixas de passagem, deverão ter o diâmetro mínimo de I5 cm, e, quando de forma poligonal, deveráo permitir a inscrição de um circulo de 15 cm de diâmetro. Ralo sifomdo (RS). Caixa sifonada, de grelha ou de tampa, destinada a receber água de lavagem do piso e efluentes da instalação de esgoto secundário de um mesmo pavimento. Faz parte da instalação de esgoto primário. E fabricado em latão, cobre, ferro fundido, PVC, chumbo, concreto e cerâmica vitrificada (Figs. 2.25a. 2.25b e 2.25d e fibrocimento Fig. 2.250. Os ralos sifonados também permitem a adaptação de um colarinho ao caixilho, de modo que possam ter sua entrada e saída em cotas adequadas. Os ralos sifonados deverão ter as seguintes características: a) Fecho hídrico com altura mínima de 50 mm. h) Orifício de saída com diâmetro mínimo de 75 mm. C) Quando receberem efluentes de aparelhos sanitários até o limite de 15 unidades Hunter de contribuição, os de seção horizontal circular deverão ter o diâmetro de 150 mm. e, quando poligonal. deverão permitir a inscri~ãode um círculo de diâmetro mínimo de 150 mm. d) Conforme o fim a que se destinarem, os ralos sifonados poderão possuir grelha ou serem providos de tampa que os feche hermeticamente (quando receberem efluentes de mictórios). Estagrelha ou tampadeverá ser de ferro fundido, cobre, bronze, latão ou outro material igualmente resistente. Ramal de descarga (RD). É a canalização que recebe diretamente efluentes de um aparelho sanitário.

Esgotos Sanitários

157

TAMPA DE INSPEÇÃO DE F. F LEVE OU P E S A D A

TIPO

LPEDRA B ~ ~ T A Dti? A N? 4

COM P E D R A QUITADA

CORTE

A - 8

O

D COBERTA 2 SOCADA.

D I M E N S ~ E S EM mm

PLANTA

Fig. 2.23 Poço de visita com perda de altura, tipo Sano S.A. Altura de instalaç8o regulbvel por meio de prolongamento [tubo de PVC. 0 40 mm. cortado na medida desejada1 Grelha de 0 100 mm, removível. branca ou cromada Saida de 0 40 rnm (Bolsa)

Fig. 2.24a Ralo seco quadrado com grelha. Saída: 40 mm nQ 1 e 2 (PVCTigre).

Fig. 2.24b Ralo seco de PVC (Linha sanitária Brasilit).

158


h.. ."o Ciui,ho

,m.

com

l0Dm."

r

Peso do ralo: 1.5 kpf

Fig. 2.24 Ralo seco de cobre, Briant, com caixilho e grelha.

1

Fig. 2 . 2 4 Ralo seco (Linha Predial Barbari).

Grelha Porta-grelha Anel de fixação E

-\__/-

-

Caixa sifonada

Entradas

Fig. 2.25a Ralo sifonado, da Brasilit.

Fig. 2.25b Ralos sifonados de PVC,da Brasilit, #IJ 150 mm.

Refluxo ou retrossifonagem. É o retomo da água pela tubulação contra o sentido de fluxo normal, causado por subpressões momentâneas. Ramal de esgoto (RE). É a canalização que recebe efluentes de ramais de descarga. Ramal de ventilação (RV). E o tubo ventilador interligando o desconector ou ramal de descarga ou de esgoto de um ou mais aparelhqs sanitários a uma coluna de ventilação ou a um ventilador primário. Sifão (S). E o desconector destinado a receber águas de lavagem de pisos e efluentes da instalação de esgoto secundário. E parte integrante das instalações de esgotos primários. Deve ter o diâmetro mínimo de 75 mm, fecho hídrico com altura mínima de 5 cm e ser munido de bujões na parte inferior, para a necessária limpeza. Pode ser de cerâmica vidrada, ferro fundido ou chumbo (Fig. 2.1).

159

Esgotos Sanitários

1.

'L~L

caixa sifonada monobloco com saida 50 mm com grelha redonda e porta-grelha n.Os 102, 104. 106 e 108

20.3

tss

L

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caixa sifonada monobloco com salda 75 mm com grelha quadrada e poria-grelha n."S111, 113, 115e 117

CORTE

A- A

D I M E N S ~ E SEM mm

caixa sifonada monobloco com salda 75 mm com grelha redonda e porta-grelha mos 112, 114. 116e118

Fig. 2 . 2 5 ~Caixas sifonadas monobloco Tigre em W C . DETALHE OAS GRELHAS DE FERRO FUNDI00 A Dadad0,O grelho superior poder6 ( a r n e c d o de meto1 ciomodo

Fig. 2.25d Ralo sifonado com 4 150 mm, Sano S.A

C

Immm

4

55 m

Fig. 2.2% Ralo seco e grelha para boxe. com saída horizontal A b m . RSHHL

Abm. GRlWFHL

em ferro fundido (Linha Predial Barbad).

160


-

Raio Sifonado para Banheiro de Serviço DN ,mI-'

R:-

Raio Sifonado para Banheiro Social

~&.=+&,"24 *um Tini

m*:0rasrVmlh.d

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Fig. 2.25f Raios sifonados para banheiros (Linha Predial Babara).

b0.P

bc.9

. bocal -

prim6rio bocal .ecundarlo

CORTE X - X

Fig. 2.258 Ralo sifonado de cobre (tipo Briant).

Fig. 2.25h Ralo sifonado Motta

Subcoletor (SC). É a canalizaçtío que recebe efluentes de um ou mais tubos de queda ou ramais de esgotos. Tampão. Conjunto de peças de ferro fundido para cobertura de caixa de inspeção ou poço de visita. Consta de um caixilho fixo e de uma tampa. Existem dois tipos: o pesado, usado nas caixas das mas, e o médio, usado nos passeios. O tampãopesdo tem um peso mínimo de 250 kgf e o médio, de 130 kgf. Tanqueflusivel (TF). E o dispositivo que se destina a lavagem automática dos coletores de esgotos sanitários. Tubo operculado (TO). É a peça de inspeção, em forma de tubo, provida de janela com tampa (Fig. 2.17b). Tubo de queda (TQ). I? a canalização vertical que recebe efluentes de subcoletores, ramais de esgoto e ramais de descarga. Tubo ventilador (TV). É a canalização ascendente destinada a permitir o acesso do ar atmosférico ao interior das canalizações de esgotos e a saída degases dessas canalizações. bem como impedir a ruptura de fecho hídnco dos desconectores. Tubo ventilador de alívio. E o tubo ventilador secundário ligando o tubo de queda ou ramal de esgoto ou de descarga a coluna de ventilação. Tubo ventilador de circuito (VC). É o tubo ventilador secundário ligado a um ramal de esgoto e servindo a um grupo de aparelhos sem ventilaçào individual {Figs. 2.32 e 2.33). Tubo ventilador individual (VI). E o tubo ventilador secundário ligado ao desconector ou ao ramal de descarga de um aparelho sanitário (Fig. 2.31). Tubo ventilador invertido (Vln). É o nibo ventilador individual em formade cajado, que liga o orifício existente no colo alto do descouector do vaso sanitári,~ao respectivo ramal de descarga (Fig. 2.30). Tubo ventiladorprimário (VP).E o tubo ventilador em prolongamento do tubo de queda acima do ramal mais alto a ele ligado, tendo uma extremidade abería.,situada acima da cobertura do prédio (Fig. 2.3 1). Tubo ventilador secundário (VSe).E o tubo ventilador tendo a extremidade superior ligada a um tubo ventilador primário, a uma coluna de ventilação ou a out;o tubo ventilador secundário. E todo ventilador que não é primário. Tubo ventilador suplementar (VSu).E acanalização vertical ligando um ramal de esgoto ao tubo ventilador de circuito correspondente (Figs. 2.32 e 2.33). Unidade Hunter de contribuição (UHC).É um fator probabilístico numérico que representa a freqüência habitual de utilização associada à vazão típica de cada uma das diferentes peças de um conjunto de aparelhos heterogêneos em funcionamento simultâneo em hora de contribuição máxima no hidrograma diáno. Vazão cririca. E a major descarga que pode escoar, através de uma dada seção de coletor. com o mínimo de energia. Vaso suniiário (VS). E o aparelho sanitário destinado a receber, exclusivamente, dejetos humanos.

2.4 SIMBOLOGIA A Norma Brasileira NBR-8160183 adota a simbologia para dispositivos, aparelhos, canalizações e colunas que indicamos nas Figs. 2.26.2.27 e 2.28.

2.5 PECAS, DISPOSITIVOS, APARELHOS SANITÁRIOS E DE DESCARGA EMPREGADOS NAS INSTALAÇÓES DE ESGOTOS Além das pecas e dispositivos mencionados no item 2.3 (Terminologia), acrescentaremos mais algumas de importância fundamental.

2.5.1 Tubos e conexões Na instalação predial de esgotos sanitários têm sido empregados tubos e conexões de ferro fundido, chumbo, cerâmica vidrada, cimento amianto e PVC. Algumas especificações estrangeiras mencionam também o ferro galvanizado, o que no Brasil nâo é usado.

2.5.1.1 Ferro fundido O ferro fundido é um produto sidenirgico resultante da associação do ferro e do carbono. O carbono pode se apresentar sob a forma de Iamelas (ferro fundido cinzento) ou de nódulos (ferro nodular); dúctil ou de grafita esferoidal. Nas instalações prediais de esgotos e águas pluviais emprega-$e o ferro cinzento, contendo de 3,8 a 4.2% de carbono, além de pequenas quantidades de silício, enxofre e fósforo. A Companhia Metalúrgica Barbará fabrica tubos e conexões de ferro cinzento na chamada Linha Predial, e em ferro dúctil na Linha de Pressão para água, recalque de bombas, irrigação, esgotos urbanos. adutoras e suhadutoras, rede de incêndio nas indústrias etc. Os tubos da Linha Predial Barbará são revestidos interiormente com tinta epóxi beturninosa com dois componentes (resina epóxi e alcatrão de hulha) com espessura média de 100 micra, e exteriormente com uma pintura antifemiginosa. Os tubos podemser do tipo ponta-ponra, usando-se luvas bipartidas para ligá-las, ou do tipo ponta-bolsa. quando se usa o contraflange para maior segurança da junta.

162

Instalaç8es Hidrdulicas Prediais e Industriais

S~MBOLOSGRAFICOS

SIFÃO ( S I R A L O DE 1 0 x 1 0 c m R A L O SIFONADO DE 15r15cm CAIXA SIFONADA 1CS) C A I X A DE GORDURA I N D I V I D U A L ( C G I ) C A I X A DE GORDURA S I M P L E S ( C G S ) C A I X A D E GORDURA DUPLA

CAIXA

DE

DISTRIBUIÇAO

(CGD)

(CDS)

C A I X A DE GORDURA E S P E C I A L ( C G ) CAIXA DETENTORA ( C D

I

C A I X A DE R E S F R I A M E N T O ( C R I CAIXA DILUIDORA ( C D i ) CAIXA COLETORA ( C C ) CAIXA DE A R E I A ( C A ) CAIXA NEUTRALIZADORA ( C Na

POÇO

I

DE V I S I T A S ( P V )

Fig. 2.26 ConvençBo grsfica dos principais dispositivos sanitários,

Esgotos Sanitários

APARELHOS

TUBO

A

OPERCULADO

DE

DESPEJO

LAVADOR

PIA

DE

DE C O M A D R E S

COZINHA

BANHEIRA

Fig. 2.27 Ciinvençáo gráfica dos principais aparelhos sanitários.

163

164

insfala~õesHidráulicas Prediais r I~idustriais

ÇÓES

CANALIZA

----m............

-.-.-

ESGOTO

PRIMÁRIO

EP

ESGOTO

SECUNDÁRIO

ES

V E N T I L A ÇÃo

v

ÁGUAS

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PLUVIAIS

C O L U N A S

TUBO QUE SOBE

TUBO

-

1,

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i

número

TUBO

QUE DESCE 2,3 i t c . d l â m i r r o - FF 71. P V C 76. F C 7 5 .to

DE Q U E D A

número de vaso.

-

2 0 VS

DE G O R D U R A ite.

TUBO

OE Q U E D A

PRIMA'RIO

TUBO

DE Q U E D A

SECUNDA'RIO

TUBO

VENTILADOR

COLUNA

DE

P R I M Á R 10

VENTILACXO

Fig. 2.28 Convenções gráficas dr canalizaçóes e colunas

Esgotos Sanitários

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PILOTIS

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Fig. 2.29 Diagrama vertical de instalação de esgotos.

São empregadas juntas elásticas para união entre tubos e conexões ou entre conexões, para atender a esforfos térmicos e mecânicos. O ferro fundido da Linha Predial da Barbará obedece as exigências da norma NBR-9651 da ABNT- 'Tubos e Conexões de Ferro Fundido para Esgoto". Em redes públicas de esgotos e mesmo em redes particulares sujeitas a tráfego pesado ou condições desfavorávek d o temno, estão sendo muito empregados os tubos de textura nodular de juntas elásticas com anéis de elastômero especial. Esses ~ b o s com , 3, 6 e 7 m de comprimento, são revestidos internamente com cimento, o que Ihes assegura menor mgosidade e maior durabilidade e externamente com pintura betuminosa. São fabricados em diâmetros de 50 até 1.200 mm.

Juntas Eiásticas Para se obter uma grande resistência aos esforços térmicos e mecânicos nos tubos de ferro fundido da Linha Predial da Barbará empregam-se Juntas Elásticas de borracha fabncadas segundo a Norma EB-362 da ABNT.

T U W DE OUE

M L U W A DE VERTIL (VEM W Y S D L O

R I U A L DE ESGOTO RAMAL DE DESCARBA

I A M A L DE ESBOTD

RAMAL DE DESCARBA

SUBCOLETOI

o

9 2

3

L

I O * u

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PAVIMENTO TÉRREO

Fig. 2.30 Pavimento temo. Instalação de esgotos.

Esgotos Sanitdrios

TERRACO

167

1

Fig. 2.31 Tipos de ligaçáo ao tubo de queda e ventilação.

2.5.1.2 Aço galvanizado Os tubos e conexões de aço galvanizado poderão substituir os tubos de ferro fundido coltarizado ou galvanizado, exceto em canalizaçks que conduzirem efluentes de vasos sanitários ou mictórios. Embora permitido, é usado raramente, e quando o é, exige-se proteção interna e externa de tintas epóxicas ou de borracha clorada. A falta de conexões adequadas a esgotos já é um fator irnpeditivo de seu emprego.

2.5.1.3 Chumbo Os tubos de chumbo são usados na instalação de esgoto secundário, em tubos ventiladores e em ramais de descarga de ralos sifonados, sendo vedado, no entanto, seu emprego em tubos de queda. A utilização desse material exigirá, porém, os seguintes cuidados: - deverá ser perfeitamente desamassado; - nas emendas não deverá subsistir saliência interna; - quando embutido ou em rebaixos de banheiro deverá ser protegido contra o ataque dos materiais de constmsão, mediante revestimento adequado (tinta betuminosa. tinta à base de borrachaclorada,resinas ep6xi etc.). Nos rebaixos

168

Instalações Hidrdulicns Prediais e Industriais

:VP

vp:

:

...

I

:

2

TUBO VENTI A W R

-1

P R I M ~ ~ O

COBERTURA

:

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T U 0 0 DE

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TUBO VENTILADOR DE C I R C U I T O

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1 B U J ~ O

T U B O VENTILLDOR SUPLEMENTAR

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RAMAL DE DESCIROA

V.S.---(

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1

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VC

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. *I LGA L v.T s *c*,

S.

8

Fig. 2 3 2 Ventilação em circuito (vasos auto-sifonados)

de banheiro, algumas especificações exigem pintura asfáltica; envolvimento de tubo com pano de aniagem e uma segunda demão de tinta asfáltica; - não é aconselhável colocar-se em locais onde se irá lançar concreto, pelo risco que oferece de ser amassado. O cano de chumbo usado é do chamado tipo gás, embora seja usado somente para esgoto. O uso do PVC e do ferro fundido, praticamente, fizeram o chumbo cair em desuso em instalaç0es de esgoto predial. Os valores dos pesos da Tab. 2.1 variam um pouco conforme o fabricante.

Tabela 2.1 Cano de chumbo tipo g6s (usual) Diâmetro interno

Peso do

Pesa do rolo kgf

Metms no rolo

Esgotos Sanitários

169

V E N T I L A Ç Ã O E M CIRCUITO IVASOS

I

AUTO-SIPONAOOSI

i COBERTURA

. TUBO

VENTILAWR

vP:

PRIMÁRIO

7

TUBO VENTILADOR DE U R C U I T O 7

I

~p

,

Fig. 233 Ventilação em circuito (vasos autwsifonados). Vafiante.

2.5.1.4 Cerâmica vidrada (grês cerâmica) Os tubos e conexões de cerâmica vidrada s6 poderão ser usados em terrenos de boa resistência a compressão, sendo vedada a sua aplicação nos seguintes casos: - nas canalizações que se desenvolvem acima do solo; - nas canalizações sujeitas a choques ou perfurações; - nos terrenos de aterro ou onde possa ocorrer recalque: - quando a canalização ficar a menos de 2.00 m de distância de um reservatório d'água subterrâneo; - nas canalizações cujo recobnmento for inferior a 0.50 m; - nas canalizações sob consmçóes de mais de um pavimento. Para resíduos ácidos ou alcalinos de laboratóriosou indústrias, deve ser usada cerâmica ácido-resistenterejuntada com argamassa ácido-resistente a base de silicatos de sódio ou potássio, ou massa epóxica. Tabela 2.2 Manilhas de cerâmica vidrada Dibmeim nominal

Comprimento útil

Espessura do tubo

Espessura da bolsa

Folga entre a ponta e a bolsa (cm)

No mlnimo igual a

1,3 1.3 1.3 13 1.3

(pn) r

10 15 20 25 30

4 6 8 10 12

60 60ou 100

..

7, 9,

1,5 1.8 2.0 2.4 2.5

314 da

espessura do tubo

170

Instala~õesHidráulicas Prediais e Industriais

As conexões padronizadas de cerâmica vidrada (ou vitrificada, como também é chamada) são as curvas de raio longo e de raio curto; a junção a 45" e o Tê de 90". todas de ponta e bolsa. As juntas são em geral feitas com argamassa de cimento e areia no traço 1:3. É aceitável fazer-se a junta com piche misturado com areia. Neste caso. coloca-se primeiramente estopa para em seguida se aplicar0 piche misturado com areia. A empresa Ancobras -Anticurrosivos do Brasil Ltda. fabrica argamassas e tintas Keranol para rejuntamentos, capazes de resistir a toda sorte de agentes agressivos, aplicáveis em instalações industriais químicas e laboratórios, nas manilhas, caixas, canaletas e pisos. O mesmo ocorre com a SIKA S.A. Produtos Químicos para construção.

2.5.1.5 Cimento-amianto Os tubos e conexões de cimento-amianto são empregados nas colunas de ventilação, nos tubos ventiladores primários e no prolongamento do tubo de queda, no trecho situado acima da laje da cobertura do último pavimento. Podem ser empregados em coletores, havendo certa preferência pelos mesmos em relação às manilhas, em virtude de algumas vantagens que oferecem, tais como: - serem mais compridos que as manilhas de grês cerâmica, o que reduz o número de juntas e proporciona maior facilidade de alinhamento e economia de mão-de-obra na colocação; - as juntas podem ser feitas com anel de borracha sintética (neoprene), o que aumenta a rapidez da execução do serviço. Recomendaçõespam a execuçúo de juntas de tubos e conexões de cimento-amianto lgCaso. Canalização de esgoto e ventilação. Acompanhamos as fases da operação observando a Fig. 2.37. a) Introduz-se a ponta do tubo na bolsa do tubo anterior (Fig. 2.37a), encostando-a bem no fundo. b) Faz-se uma marcação a lápis no tubo na altura da extremidade da bolsa. c) Colocam-se na parte inferior da bolsa duas ou três voltas de corda alcatroada, soca-se acorda e, ao mesmo tempo, levanta-se o tubo até que a marcação tenha subido de 5 a 6 mm (Fig. 2.37b). d) Soca-se bem a corda apertando-a. Enche-se orestante da bolsa com asfalto preparado com areia fina. O asfalto deve ser de ponto de fusão bastante elevado (Fig. 2.37~). e) Nas instalações horizontais, recomenda-se ainda cobrir em seguida com chumbo derretido, sem bater, para evitar que o asfalto possa escorrer.

Tubo P n t a e ponta

Tubo ponta e bolsa

!

a

1

Tubo Ponta e Ponta

DNIDEIeI

I

I

L

Massa do c o m

I

Tubo Ponta e Bolsa

I

I

I

Massas L

Fig. 2.34 Tubos Linha Predial Barbara.

Esgotos Sanitários Dimensões d a s bolsas aas conexões Somente no DNA 50

DI DE

--

Anel de Borracha

Adaptador de Borracha

A D A P T A D O R DE BORRACHA A B HL

A N E L DE BORRACHA A HL

( poro l i g a r b a n h e i r a , lovatór i o e b i d ê com a tubulação secundário de esgoto )

Fig. 2.34a Bolsa, adaptador e anel de borracha para tubo de ferro fundido cinzento

171

172

Instala@es Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 2.34b Conexóes simples da Linha Predial Barbará

Esgotos Sanitários

I Joelho com Visita 8730'

173

Junção Dupla 45'

I

Junçáo 45'

Tê Sanitário 8P30'

I

Té de Inspeçáo Curto 87'30'

Bucha de Redução

Fig. 234c Conexbes com derivação dou redução (Linha Predial Barbari)

Fig. 235 Detalhe de ligação de ramal de descarga de lavatório. bidê ou banheira, em PVC. a conexão da Barbari, usando adaptador de borracha.

174


L---

-->-

Curva d i Raio G r d a

Cuwi d i 4C

Luri

LDN-l

im--

-.-~-DN-i Jung~ade 45' Inrenida

Chipiu Tim

E ...

Fig. 2.36 Tubos e conexões de cimento-amianto da Brasilit.

2QCaso. Descidas de águas pluviais. A junta deve ser executada conforme indicado no caso anterior, podendo-se todavia utilizar, em substituição ao asfalto, argamassa de cimento e areia 1:3. Neste caso, antes da coloca$ão da argamassa, deve-se umedecer as superfícies a serem justapostas. Recomendafões de carótergemlpam a instaloção dos hrbos de cimento-amianto a) Para permitir adilatação dos tubos, é imprescindível deixar-se um intervalo de 5 a 6 mm entre a ponta do tubo e o fundo

da bolsa do tubo seguinte. b) Em canalizações de descarga, as bolsas devem ser sempre voltadas para cima. Em caso de instalação horizontal, as bolsas são orientadas para o ponto mais alto.

Espotos Sanitários

175

MarcaqBo

Marcação

;smm

Corda alcatroada

Encostado

a)

b)

C)

Fig. 2.37 Ligação da ponta a uma bolsa de tubo ou conexão de cimento-amianto.

Colocação dos tubos de cimento-amianto Os fabricantes apresentam indicaçóes para a colocação dos tubos, as quais devem ser seguidas a fim de evitar problemas. Vejamos algumas dessas indicações. a) Caso de canalizações enterradas A vala deve ter profundidade de acordo como diâmetro do tubo e as condições de emprego; o fundo da mesma deve ser devidamente preparado para permitir o bom assentamento do tubo em todo o seu comprimento e guarnecido com areia ou terra mole. Caso o tubo deva suportar cargas móveis de veículos, é necessiúio protegê-lo por uma laje de concreto adequada. b) Caso de canalizações externas Os tubos devem ser fixados por meio de braçadeiras. Coloca-se uma braçadeira embaixo da bolsa de cada tubo e, em caso de tubo de comprimento superior a 3 m e diâmetro maior que 150 mm, uma outra no meio do tubo, tomando-se o cuidado de não apertá-la demais, para permitir a dilatação do tubo.

2.5.1.6 PVC O PVC, que é o cloreto de polivinila ou polivinil clorado, é um composto vinilico termopl8stic0, rígido ou flexível, resistente a impactos. abrasão e a inúmeros produtos químicos. Os tubos fabricados com PVC por extmsão oferecem ainda as vantagens de possuírem baixo peso e reduzido coeficiente de perda de carga, serem flexíveis, atóxicos, incombustíveis e de fácil e rápida instalação. Contudo, existem restrições que o projetista não deve ignorar sob pena de sénos problemas. Essas limitações correspondem: - ao alto coeficiente de dilatação do PVC, cerca de seis vezes superior ao do aço. Isso obriga a utilizar os tubos com líquidos em temperatura no máximo até cerca de 60" C.

Fig. 23th Curva de pi de coluna em PVC strie R Tigre, reforçada.

176

Jnsfalaç&s Hidráulicas Prediais e Industriais

- à baixa resistência mecânica. Quando usados em instalação de água potável, podem não oferecer adequada resist&nciaao golpe de a.ríete. Náo devem ficar embutidos em estrutura de concreto. Enterrados, devem receber um recobrime~tOadequado. - à incapacidadede suportarem temperaturas elevadas, seja do líquido em escoamento, seja do meio ambiente, o que especialmente em instalações industriais deve ser levado em conta. Os tubos de PVC e de polietileno para esgotos são fabricados nos tipos de ponta e bolsa nos diâmetros de 50 (2"). 75 (3") e 100 mm (4").em comprimentos de 1.2 e 3 m, e no tipo de pontas Lisas (sem bolsas) com comprimento de 6 m. Égrande onúmero de fabricantes de tubos de PVC no Brasil. entre outros, a Cia. Hansen Industrial S.A., fabricante dos tubos TIGRE: a Tubos Brasilit; a Ameropa Indústrias Plásticos Ltda. e a Plastar S.A.; a Matarazzo S.A. Produtos Termopl4sticos. As Fies. 2.38b, 2.39 e 2.40 representam os tubos e conexões de W C mais comumente empregados nas instalqões de esgotos primários. secundários e-ventilação. A Linha VINILFER de PVC rígido, da marca Tigre, possui dimensões que permitem adaptar tubos e conexões a similares de ferro fundido. ~~

~

~

-

Esse

Junção dupla 45"

~ " b oradial c/inspeçáo, operculado. tipo City

Tubo radial c/inspeção

Ligação PVC a manilha ou cimento - amianto

Redução excêntrica

Tampão

Fig. 238b Conexões de PVC da Brasilit.

Ligação PVC sanitário - Ferro Fundido

Esgotos Sanitários

Esgoto Primário

Diâmetro

rBi

#gx$$rr~~

rnrn

e mm

Peso aprox. kpflm

b

50 75

2

43

I.3

0,265

1W

43

45 48

1,8 1,6

0,705 0,470

Observ&óss:

D

Os tubos aiofornecidas embarra8 de 1 , 2 e 3 m de comprimentoútil,nacorbranca.

Tubo de ponta e bolsa c/virola

Outras medidas, sob encomenda.

Conexões -Junta Soldada ou Elástica

Bolsa

Luva

Cotovelo 90"

Cotovelo 90" com visita

o

Junção simples 45"

Curva raio curto 90"

Curva Curva raio curto 45" raio longo 45d

Curva raio longo 90"

Cruzeta sanitária

Fig. 2.39 Tubos e conexóes de PVC da Brasilit.

Tê

sanitário curto

Tê

sanitário longo

177

178


Esgoto Secundário

T u b o c / p o n t a e bolsa

Conexões

Outras medidas. aob encomenda

- Junta soldada

Cuwa

raio

curto 90°

Cotovelo 90°

Curva 45O

Cotovelo a d a p t a d o r 90°

'"1 LL-i

Cotovelo 90° ponta e bolsa

T&

Luva

Junção

simples 45O

Flg. 2.40 Tubos e conexões de PVC da Brasilit.

A nova linha série R da Tigre, nos diâmetros de 100 e 150 mm, apresenta tubos e conexões reforçados adequados a tubos de queda, subcoletores, coletores e colunas de ventilação.

2.5.1.7 Outros materiais O esgotamento de certos produtos ou resíduos em indústrias e laboratórios pode exigir tubulações e peças fabricadas com materiais capazes de oferecer a necessária resistência i ação agressiva de tais substâncias. Altm dos materiais já mencionados, também encontram aplicaçio: - Tubos Polyatm. - Vidro, usado em geral em laboratórios e como revestimento interno de tubos, conexões e válvulas, como o GLASTEEL, da Pfaulder Equipamentos Industriais Ltda. - Porcelana, constituindo tubos e peqas, ou usada como esmalte e aplicada em vários metais. - Grês. - Materiais plásticos.

-

Esmaltes à base de silício.

- PVC rígido. revestido externamente com fibra de vidro e resina poliéster

Vejamos algumas informações sobre certos aspectos desses materiais. Tubos Polyom São tubos flexíveis, fabricados de resina termoestável poliéster, fibra de vidro e areia silicosa, em diâmetros de 100 a 1.200 mm. Oferecem nótavel resistência à corrosão por ácidos, álcalis, soluções salinas e substâncias orgânicas. Resistem a temperaturas elevadas. Apresentam pequena mgosidade e são muito leves. Um tubo de 100 mm pesa apenas 3 kgflm. e um de 150 mm,7,00 kgflm. São do tipo ponta e bolsa e empregam anel de borracha sintética para emenda. São fornecidos também nos tipos flangeados para instalaçóes não-enterradas e para soldagem. A instalaçáo exige cuidados acerca dos quais o fabricante insiste no Guiu puru Instaluçüo. Não se trata, propriamente, de um material alternativo para os casos usuais de esgotos, mas sua aplicação em esgotos especiais ou de produtos químicos pode ser considerada valiosa. por ser resistente a inúmeros agentes químicos. Existem conexões tais como curvas. tês, cruzetas, reduções, extremidades e ligações, luva, cap e plug. Os lês, cmzetas e junções, estando submetidos a pressões superiores a 10 mca, possuem uma camisa metálica envolvente, com tratamento auticorrosivo adequado, efetuado nas superfícies externa e interna da camisa. Plásticos Em razão das muitas aplicações dos plásticos em instalações, seja como material de tubos, conexões e peças. seja como revestimento e colas de tubos, peças, caixas etc., para resistirem a esgotos agressivos, indicaremos alguns elementos acerca dos mesmos. Os pl6sticos se dividem em termoplásticos, termoestáveis e elastômeros. Os materiais temoplásticos são produtos que amolecem quando aquecidos (geralmente sob pequena pressão). Para serem moldados necessitam ser resfriados nos moldes. Não perdem com isso suas propriedades, podendo ser rearnoler.id,>.s se forem reaquecidos. Fazem parte dos termoplásticos (TP) os seguintes produtos: - Cloreto de polivinil ou policloreto de vinila (PVC). Usado em tubos e conexões conforme já vimos. Resiste bem a temperaturas até 5 4 T . - Compostos de polietileno (CA). Usados na fabricação de tubos, peças moldadas, válvulas, sifóes, ralos etc. Resistem bem a temperaturas até 56°C e a ácidos e bases (álcalis). São flexíveis e dispensam o uso de plastificantes em sua fabricação. São também vendidos em chapas ou em lençol em rolos. - Náilon. Muito resistente à tração e à flexão. Usado em forma de tecido com outros plásticos, como em mangueiras de combate a incêndio. - Polestireno. Material rígido. Resiste a temperaturas até 100°C. Usado em isolamento em placas ou lençol e na fabricação de peças. - Nitrocelulose (celulóide). Possibilita o fabrico de peças as mais diversas. - Acetato de celulose. Em placas, lençol - tubos, peças moldadas e conexões. - Metacrilato de polimetila (plexiglás e lucite). - Poliacnlicos e acrílicos. Usados em luminárias. painéis. domos. - Polipropileno (moplen). Usado em lençol, chapas, tubos, conexões, capacetes, fixações etc. Alguns o consideram como rermoesrável. - Poliuretano. Material duro e resistente. Usado como revestimento protetor e isolante térmico e acústico e como núcleo de painéis. Os chamados plásticos termoestáveis exigem para sua moldagem calor e pressão, o que provoca uma reação química irreversível entre as suas moléculas. Aquecidos excessivamente, endurecem, ficam quebradiços e acabam queimando. São duros, resistentes e resistem a temperaturas elevadas. Pertencem a esse grupo: - Fenol-formaldeídos (resinas fenólicas como a baquelite). - Poliésteres (usados em luminárias, coberturas translúcidas e tubos e revestimentos). - Epóxis, usados em pinturas anticorrosivas e como ligante. adesivo, revestimento c selante. Resistem a grande número de agentes químicos. Constituem também elemento de plásticos reforçados. - Melanina, usada em superfícies Iaminadas e como adesivo. O terceiro gmpo de plásticos, também muito importante, B o dos elastômeros, caracterizados por possuírem grande elasticidade. Sáo conhecidos como borrachas. Entre estas, destacam-se: - Polisopreno natural, que é a própria borracha natural. - Polisopreno sintético, a chamada borracha sintética. - Estireno-butadieno (BUNA-S e N; SBR - usada em pneumáticos, gaxetas, discos de vedação, correias). - Isobutileno-isopreno (borracha BUTIL - usada em pneumáticos e revestimentos de reservatórios). - Policloropreno (neoprene). Sob certos aspectos é superior à borracha natural. Usado nos anéis das juntas elásticas de tubos de ponta e bolsas, juntas de dilatação, na impermeabilização de caixas. E usado também na fabricação de reservatórios e tubos. - Nitrila butadieno (NBR). outro tipo de borracha sintética.

180

instalaqfies Hidráulicas Prediais e Industriais

- Polietileno clorossulfonado (hypalon). Resiste bem aos álcalis e é usado em revestimentos protetores em tanques

de indústrias químicas. - Hidrocarbonetos fluorados (reflon e viton). Resistem bem a praticamente todos os produtos químicos, com exce-

ção do ácido fluorídrico. Polisiloxano (silicone). Borrachas de silicone, resistem a temperaturas baixas -50°C, e elevadas - até 2 W C . Resistem aos óleos. São empregadas em tintas que devam resistir a temperaturas elevadas. A Indústria de Tubulações de Resina PoliBster - INTREP Ltda. - e a ITALBRACH - Comércio e Confecção de Produtos Fiberglass Ltda. - fabricam tubos e conexões desse material reforçados com fibra de vidro (F.R.P. Fiber Reinforced Plasric). Este material resiste à corrosão e a temperaturas vizinhas de 1OOT. A Mercantil e Industrial AFLON- Artefatos Plisticos e Metálicos Ltda. -fabrica tubos e conexões de aço revestido com o produto designado por Além disso, faz tubos de PTFE à base de flúor, associado àresina poliéster FRP. São altamente resistentes a corrosão. A Companhia Hansen Indushial fabrica tubos e conexões Tigrefibra em PVC associado à fibra de vidro e resina poliéster. Para redes de esgotos fabrica o tubo Tigrefibra de RPVC (PVC reforçado) com junta elástica, possuindo uma estrutura monolítica. PVC reforcado contínuos . . ~ ~ de um ~ núcleo ~ de ~ ~ ~ externamente ~ ~ com ~ fios ~ ~ de vidro e resina ooliéster. à .comoosta qual é incorporada carga de alumina hiidratada e recebendo externamente um tratamento de vermiculita expandida. A lutacontra acorrosão de tubulações e equipamentos tem alcançado excelentes resultados com pinturas de tintas epúxicas e, principalmente com projeção eletrostática sobre o material a proteger, de resinas plásticas em pó. Com esse processo pode-se conseguir excelente proteção de epóxi, náilon. PVC e polietileno. É o processo empregado pela Pulvitec Indústria e Comércio Ltda. Para coletores públicos e prediais de esgoto, a Tigre apresenta a Série Vinilfort. indicada na Fig. 2.126b.

-

~

.

2.5.2 Aparelhos sanitários Aparelhos sanitários são aparelhos conectados à instalação predial e destinados ao uso da água para fins higiênicos, ou a receber dejetos e águas servidas. Consideraremos neste capítulo apenas os que se enquadram neste Último caso, isto é, os vasos sanitanos e os mictórios. Os aparelhos sanitários deverão ser feitos de material cerâmico-vitrificado, ferro fundido esmaltado (quase em desuso) e satisfazer as exigências das especificaçóes próprias da ABNT para cada tipo de aparelho.

2.5.2.1 Vasos sanitários Os vasos sanitários ou bacias sanitárias, constituindo peças inteiriças, deverão ser do tipo washdown, de desconector externo ou interno, com 5 cm de altura de fecho hídrico, no mínimo, providos ou não de orifícios de ventilação no colo do desconector. Deverão ser lavados integralmente com uma descarga de 10 a 12 litros. Os vasos sanitários podem ser de dois tipos: a) Comuns ou não-aspiranres. Que se caracterizam por obter o arrastamento dos despejos somente pela ação da água de lavagem. Podem ser de sifão externo e de sifão interno (Figs. 2.41a. 2.41b e 2.42). b) Auro-aspirantes ou sifonados. Nos quais o arrastamento dos despejos, alem de ser provocado pelas descargas da água de'lavagem. é. refoqado por uma aspiração'ocasionadapeladis~osiçãodos canais internos ao vaso ( ~ i ~ . 2 . 4 3 ) . Para uso coletivo, em quartéis, escolas, indústrias, poderão ser usados vasos sanitários chamados do tipo turco, para uso em pé, e que deverão,"este caso, ser de ferro fundido esmaltado. Os vasos sifonados são também chamados vasos auto-sifonados ou bacias sifonadas. Podem ser encontrados em dois tipos: com canal dianteiro e com canal traseiro. A Fig. 2.44 mostra basicamente como funcionam os vasos auto-sifonados desses tipos. Vemos em cada um dos vasos representados:

Fig. 2.41a Vaso sanitário comum com sitão externo

Esgotos Sanitários

Fig. 2.41b Vaso sanitário comum com siião interno tipa Rio.

r

440

Fig. 2.42 Vaso sanitário comum, si60 externo tipo S. Catarina. também chamado bacia de arraste.

Fig. 2.43 Vaso sanitário auto-sifonado.

a) pane ascendente do sifáo; b) parte descendente; C) parte horizontal. Ao acionar-se a descarga, a água 6 injetada neste canal de maneira aexpulsar totalmente o ar que ali se encontra quando o vaso não está sendo utilizado. Como o volume da água contida nas partes descendentes e horizontal é maior do que aquele da parte ascendente, ao escoar-se. exerce uma ação sifônica, ou seja, produz uma rarefação que possibilita a entrada da água contida no p g o do vaso, pela ação da pressão atmosférica. Isto, somado ao impulso da água injetada no poço. produz um fone fluxo, que permite uma remoção rápida e vigorosa do conteúdo da bacia. Estes vasos têm um fecho hídrico mais profundo do que o das bacias de arrasto, dispensando a ventilação (externa), e por isso se dizem auto-sifouados.

182

Instaiacões Hidráulicas Prediais e Industriais

Nos vasos sanitários sifonados de arraste, a água é injetada ao interior do vaso na área "a" provocando um impulso que arrasta o conteúdo através do canal interno e por sobre a barreira em "b" (Fig. 2.44). Estes vasos são de construção simples, com passagens internas mais amplas, reduzindo apossibilidade de bloqueio, no caso de uso inadequado. A Fig. 2.46 representa a instalação de um vaso auto-sifonado indicando o material empregado na instalação de esgoto do mesmo. Material para assentamento de um vaso sanitário 30 X 30 cm Lençol de chumbo de 1116 de espessura Massa de vidraceiro com zarcão 200 g Solda de chumbo e estanho 1:3 100 g Estearina 50 g Corda alcatrizada 200 g ou 1 anel de borracha (neoprene) para ligar ao joelho de 100 mm 1 anel de borracha para Ligar o tubo de água ao vaso 4 Peças Parahsos de latão, cabeça chata de 2 112" X 12 cm 4 peças Buchas de madeira embebida em cola betuminosa

2.5.2.2 Mictórios Os mictórios podem ser de duas categorias: - Para uso individual. Neste caso existe o tipo de parede, que pode ser de louça (Fig. 1.67), ferro esmaltado ou aço inoxidável, e o tipo de pedestal de louça. E claro que se pode constituir uma bateria de mictórios individuais como é usual nas casas de espetáculos, aeroportos, estações de passageiros, colégios, fábricas, restaurantes etc. - Para uso coletivo. São calhas feitas de aço inoxidável ou canaletas de alvenaria revestidas com material resistente à urina, como a cerâmica de grês vitrificada ou azulejos. A argamassa de rejuntamento, que é o ponto fraco, está sendo substituída por massas epóxicas apropriadas. Esse tipo de mictório é instalado em fábricas, restaurantes de categoria discutível e em outras instalações modestas.

Voso a u t o - s i t o n a d o

,

canal dianteiro ( l d e a l - s t o n d a r d )

CAIXA DE DESCARGA SILENCIOSA. ACOPLADA

Fig. 2.44 Vaso autosifonado, canal posterior (tipo de luxo) (Ideal-Standard)

Fig. 2.45 Vaso sifonado de arraste (Ideal-Standard).

Esgotos Sanitários

183

I

Fig. 2.46 Instala$ão típica de vaso autosifonado.

u,n,q

."O U S O OL "*I C*PA 06 0 " L IOISTINCIAU,NU* ( 1 0

Fig. 247 Vasos sanitários com válvulas de descarga externa Silent Flux. e de embutir VDE da Fabrimar Indústria e Comércio.

184

Instalacóes Hidráulicas Prediais e Industriais

Os mictórios deverão necessariamente ser protegidos pelo fecho hídrico, proporcionado pela maneira como 6 disposto o canal de saída do esgoto, ou então devem receber um siião desconector. O esgoto do mictório é conduzido a um ralo sifonado ou caixa sifonada de chumbo, ferro fundido ou grês cerâmica vitrifícada. O ramal de esgoto desse ralo sifonado deve ser ventilado e a tampa, cega. Existem mictórios fabricados com dispositivo de auto-aspiração ou sifonados. A alimentação de água nos mictórios individuais 6 proporcionada por caixa de descarga provocada ou acionada automaticamente, colocada a 2.20 mdopiso ou por válvulade descarga. Quando usados em gnipos, para uso coletivo, deverão ser lavados por aparelhos de descarga automáticos. Esta obrigatoriedade tem sido interpretada para o caso apenas dos mictórios coletivos.

2.5.3 Aparelhos de descarga Os aparelhos de descarga para os vasos sanitários podem ser dos seguintes tipos: a) caixas de descarga suspensas; b) caixas embutidas na parede; C) caixas silencio>.isacopladas no vaso sanitário; d) válvulas de descarga de fluxo ou pressão, também chamadas válvulas fluxíveis push-valves).

2.5.3.1 Caixa de descarga Poderá ser de ferro fundido, pintada ou esmaltada, porcelana vitrificada, ou cimento-amianto plástico reforçado, e deverá ter dispositivo sifônico, para intensificaçio da descarga, ou ligação direta pelo fundo ao tubo que leva a água ao vaso sanitário (Fig. 2.48). Deverá ter uma capacidade de 10 a 12 litros no mínimo, e ser colocada a 2.20 m do piso. Existem caixas de descarga de formato achatado, de amianto-cimento, que se adaptam h parede, com o fundo a uma altura acima do piso igual a 1,25 ou até 1.65 m. O princípio de funcionamento é semelhante ao da Fig. 2.48. Apenas na saída A é colocado um tubo de PVC de 1/2"que mergulha na água, reduzindo o mido daágua ao encher a caixa. E o caso das caixas Precisaexterna. da S.A. Tubos Brasilit.

2.5.3.2 Caixa embutida É uma caixa de espessura tal que possa ser colocada no interior da alvenaria (I 10 mm). É fabricadaem amianto-cimento e o sistema de alimentação, também embutido, é semelhante ao que acabamos de nos referir. A descarga é acionada por meio de um botão, que, apertado, desloca uma alavanca, a qual eleva um obturador que veda a saída de 6gua ao vaso, permitindo que essa se escoe. A caixa écolocada com sua parte inferior apelo menos 0.75 m do piso. A tubula$ão da descarga deve ser de 40 mm (1 112")e costuma ser de PVC. A Fig. 2.49 mostra a caixa Precisa de embutir da Brasilit, acionada por um botão, e aFig. 2.50, o dispositivo de admissão e o fechamento da entrada de água na caixa. A capacidade da caixa 6 de 14 litros.

I TUBO DE 1 0 ou P V C 3Omm M~NIMO

Fig. 2.48 Caixa de descarga.

Esgotos Sanitários

Mín.:lO mm ~ á x . :25 mm

185

Tampa de Inspetão Torneira de b6ia

-------

~ o t l ode comando

Bois Tubo oilencledor

Espelho Tampe de inspeçla

Tubo ladráo e haste do obturadai Obturador

Gatilho Sede do obturador 1%' Ladrão e hasta do obturador em uma 86 peça Vedador em borracha indefomkvel cujo formato permite total vedatão Gula rlplda que mant6m o obturador sempre na p ~ ~ i exata ~ a o

Unho

peso da caixa: 8 kgf Capacidade. 13.5 L Dimensões do espelho: 250 x 148 mm

Fig. 2.49 Caixa Precisa de embutir.

,

Porca sextnvada Borracha de vadação

Tubo allenclador

'3 1/i,

40mm111/2"l

I

Fig. 2.50 Dispositivo de admissão e fechamento da caixa Precisa.

Fig. 2.51 Caixa de descarga silenciosa.

2.5.3.3 Caixa silenciosa É uma caixa externa à parede. adaptada ao vaso sanitário no mínimo ?I altura do bordo superior do vaso, ou à parede, cerca de 50 crn acima do piso (Fig. 2.52). Seu emprego obriga a um afastamento maior do vaso em relação à parede. A capacidade mínima 6 de 15 litros. Pode ser de porcelana vitridcada ou de cimento-amianto. Para reduzir o mído da água ao entrar na caixa, o tubo G de alimentaçáo da caixa mergulha na água. O desempenho e os ensaios de protótipos de caixas de descarga são regidos pelo P-NB-5 1011975e P-MB- 1050 a 1053/ 1975.

2.5.3.4 Válvula de descarga É uma válvula de acionamento por botão, placa ou alavanca, de fechamento automático, instalada no sub-ramal de alimentaçxo de bacias sanitárias ou de mictórios, destinada a permitir a utilização da água para limpeza dessas peças. (Ver detalhes nas P-MB-1129/1975; P-MB-57311975 e P-MB-1134 e 113911975 da ABNT.) A válvula de descarga ou de fluxo Vush-volve)deverá ser de bronze ou de metal não-ferroso, com acabamento niquelado ou cromado, de alavanca ou de botão, e a instalação de modo que seja alimentada por uma coluna d'água que garanta a pressão indispens8vel ao seu bom funcionamento (Fig. 2.53).

186

Instalafót?~Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 2.52 Vaso sanitário com caixa silenciosa CP-17Vogue, da DECA.

Corpo da V(ilvula Fundida em bronze.

Inietor AutomltlcO D i ~ p o s k i v oAcústico e Antigolpe Assegura um funcionamento muita mais sden~~oso e evita o desagradável e pie)udioal golpe de aríete

.

Vedagão por AnMa O'Rlng

Registro Integrado Permite o fechamento da par de água sendo acionado por simples chave de fenda w ob) semelhante O registro integrado funciona tambhm como regulador de vaza0

BotUo de Aeionamento

Mecanismo de Acionamanto

Sede de VedaçUo Substituluel Pode ser tiocada em caso de necessidade, sem que seia preciso retirar a uhlvula da parede.

Fig. 2.53 Válvula Hydra Master, da Deca. I 112" para pressóes de 2 a 10 mca. 1 114" para pressóes de 6 a 40 mca e até 60 rnca

Funcionamento de uma válvuia dejiuxo (flush-valve) ( A título de exemplo, considere a válvula representada na

Fig. 2.54a) A água penetra pelo encanamento (1) e sai pelo (2). De (1) passa pelo orifício (3) e pela passagem (4) até a câmara (5) e cornpnme para baixo a válvula (6) que fecha a passagem entre ( I ) e (2). Ao apertar o botão (7), abre-se a válvula (8). passando a água da câmara (5) ao tubo (2) através dele (9). Com isso, diminui a pressão que a água de (5) exercia sobre a válvula (6), e esta se eleva em virtude da pressão da água de (I) e abre a comunicação entre (1) e (2), produzindo-se a descarga. Enquanto se dá a descarga, a água vai entrando novamente na câmara (5) e comprime a válvula que desce e fecha de novo a saída, interrompendo a descarga. Alguns fabricantes apresentam os seguintes valores para a pressão estática (em metros de coluna d'água) na válvula em função da dimensão do diâmetro de entrada da válvula.

Pressáo estática Desnível menos as perdas de carga (mca)

Diâmetro nominal da válvula (de entrada da água)

1.80 a 8.00

8,00a 25,OC)

1 112 1 114

25,00 a 50,W

1"

Esgotos Sanitários

PARAFUSO0EREQ)LAGEM

187

PARANSO DE REGULAGEM ~ M ~ DE R ACOMPRESS~O

V ~ L V U L ADE ~ H A I I E N T D

~

B DEEHTRAOI O

T U 8 0 DE DESCARGA

Fig. 2.540 Cone esquemAtico de válvula de descarga de botão.

A Mar Comércio e Indústria S.A. indica como pressão mínima para funcionamento da vavyla Super-Mar com descarga de 2 1 . s-' a pressão estática de 1,60 mca. A Docol Indústria e Comércio Ltda. fabrica um modelo únicode vhlvularegulhvel para pressões desde 1,50 até40 mca. Apresenta a vantagem de provocar pequena sobrepressão de 2 até o máximo de 8 mca sobre o valor da pressão estática, sob a qual funciona, isto é, toma desprezível o golpe de aríete. Indicações semelhantes são aplichveis as v6lvulas Silent-Flux da Fabrimar S.A., que fabrica válvulas com alavanca em 1 114" para toda a faixa de pressões previstas pela Norma, e de botão, embutida.

Fig. 2.54b Golpe de aríete com o fechamentode válvulas fluxlveis

188

Instalaçóes Hidráulicas Prediais e Industriais

Caixas de descarga Além das indicações apresentadas no item 2.5.3.1. as caixas de descarga devem: a) Suportar uma pressão de serviço contínuo no sub-ramal de alimentação de. no mínimo, 4,O kgflcm2,e ter funcionamento adequado dos controles. b) Ter volume útil de descarga, compatível com n tipo de bacia sanitária escolhida. c) Ter capacidade de vazão e desempenho tais que provoquem uma descarga eficiente na bacia sanitária no que diz respeito à remoção dos detritos e reposição do fecho hídnco. As caixas de descarga, com torneirade bóia, que possuam tubo de alimentação dotado de dispositivo silenciador, devem ser protegidas por dispositivos quebradores de vácuo ou ter uma abertura atmosf6nca situada no mínimo a 10 mm acima do nível operacional. Caso contrário, devem ser adotadas as medidas indicadas para as válvulas de descarga que não evitam a retrossifonagem (Fig. 1.54). Válvulas de descarga A NBR-5626182 eliminou uma série de restrições que a P-NB-9211975 fazia quanto ao emprego das válvulas de descarga e que vinham criando dificuldades na elaboração e aprovação dos projetos. Segundo o texto da norma aprovada, compete ao projetista escolher o equipamento mais adequado para a alimentação das bacias sanitárias e mictórios, tendo em vista as indicações a seguir e aquilo que a respeito de retrossifonagem foi visto no Cap. 1. As válvulas de descarga podem ser de ferro maleável, bronze, latão, ferro fundido, pl6stico ou de outras materiais, desde que satisfaçam as seguintes condições: a) As pressões de serviço (estática e dinâmica) para cada diâmetro nominal obedeçam às tabelas apresentadas no Cap. 1. b) Tenham volume útil de descarga, compatível com o tipo de bacia sanitária escolhida. C) Tenham capacidade de vazão e desempenho tais que provoquem uma descarga eficiente na bacia sanitária no que diz respeito h r e m g ã o dos detritos e reposição de fecho hídrico. d) Tenham funcionamento hidráulico adequado de tal forma que, mesmo quando desreguladas, nas manobras de abertura, não provoquem queda de pressão (subpressáo) tal que a pressão instantânea no ponto critico da instalação fique inferior a 0,5 mca (5 k Pa), e nas manobras de fechamento não provoquem sobrepressão, em qualquer ponto da instalação que supere em mais de 20 mca (200 k Pa) a pressão estática neste mesmo ponto. e) Tenham especificação para recebimento e método de ensaio.

Fig. 2.54cCâmara de ar com válvulas,para absorver o golpe de aríete devido &operaçãode válvulas de descarga de fechamento rápido.

2.6.1 Disposigões preliminares de caráter geral As instalações prediais de esgotos sanitários devem ser projetadas e construídas de modo a: - permitir rápido escoamento dos despejos e fáceis desobstmções; - vedar a passagem de gases e animais das canalizaç&s para o interior dos prédios; - não permitir vazamentos, escapamento de gases ou formação de depósitos no interior das canalizações: - impedir a contaminação da água potável.

Havsndo rede de eqgotos da municipalidade no local onde exista um prédio, ou onde será consiruído um. o coletor predial do mesmo deverá ser ligado ao coletor da referida rede.

2.6.2 Esgotos primários e esgotos secundários Sistema dual A instalação predial de esgotos sanitários segundo o sisrema dualt dividida em duas seqões, perfeitamente caracterizadas. que são: a) lrzsralafáo de esgota primúrio. É a seção conectada ao coletor público, compreendendo as canalizações, dispositivos e aparelhos sanitários que contêm gases provenientes desse coletor (ou de uma fossa), tais como: coletor predial, subcoletores, ramais de esgotos, ramais de descarga, tubos de queda, tubos ventiladores primários. coluna de ventilação e tubos ventiladores, caixas de inspeção, caixas retentoras, caixas sifonadas, sifaes, vasos sanitários e demais desconectores. h) lrzstulação de esgoto secundário. É a seqão desconectada do coletor público (ou de uma fossa), compreendendo as canalizações, dispositivos e aparelhos sanitários que não contêm gases provenientes desse coletor. As descargas desta seção vão ter às caixas retentoras, caixas sifonadas, ralos sifonados, sifóes e demais desconectores. Sistema uno A instalação é constituída apenas de canalizações primárias de esgoto. Todos os aparelhos sanitários têm em sua saída desconectores devidamente ventilados. É usado nos EUA. No Brasil não é empregado. Todo prédio esgotado possui um conjunto de canalizaçòcs e aparelhos sanitários formando unia instalação essencial. cujos elementos constitutivos são os seguintes: coletor predial, caixa de inspeção, subcoletor, ramal de descarga, tubo de queda (quando o prédio tiver mais de um pavimento), tubo ventilador primário, vaso(s) sanitáno(s), aparelho(s) de descarga, ralo(s) sifonado(s) e caixa de gordura (se houver despejos gordurosos).

Condiçóes de esgotamento dos prédios A instalação predial de esgoto de cada prédio deve ser inteiramente independente da de qualquer outro prédio, ficando cada um com a sua canalização primária de esgotos, derivada do coletor existente na via pública ou particular para o qual der sua testada, excetuando o caso a seguir. Quando um edifício ficar nos fundos de outro, em lote interior, legalmente desmembrado, o coletor predial do prédio da frente pode ser prolongado para esgotar o dos fundos, desde que não haja contra-indicação técnica, e que o proprietário do lote interior requeira essa ligação ao órgão público competente, e ohtenha autorizaçáo do proprietário do prédio da frente para esse fim, concedida mediante a prévia assinatura de um termo eiperial, no referido órgão público, no qual constará que esta autorização é dada também pelos herdeiros e sucessores do proprietário acordante. Em geral cada prédio é esgotado por um só coletor predial de esgotos, mas, em casos especiais como os de grandes edifícios, conjuntos industriais, hospitalares e hoteleiros. ou de prédios construidos nas esquinas. poderá haver mais de um coletor predial. Se a disposição das instalações de um prédio, mesmo residencial e de um só pavimento, obrigar ao excessivo desenvolvimento de um único coletor predial de esgoto, prejudicando as boas condições de funcionamento, inspeção e segurança do mesmo, deve ser consuuído outro coletor predial, se disto resultar a melhoria das mesmas condições. Todo prtdio em que a instalação sanitária, ou qualquer dispositivo de esgoto, estiver situada abaixo do nível do rrspçctivo logradouro público terá seus dejetos elevados mecanicamente por meio de hombas centrífugas ou ejetores a ar comprimido, a fim de serem descarregados no coletor do retendo logradouro, sempre que seja impossível esgotá-la por gravidade por meio de uma canalizqáo constmída através de terrenos vizinhos, para um coletor público de perfil mais baixo. Se o prédio tiver apenas parte de sua instalação abaixo do nível do logradouro, somente esta deverá ser elevada mecanicamente, desde que a outra parte possa ser esgotada por gravidade. Se a extensão do coletor for muito grande, não havendo possibilidade de se obter a declividade necessária para o lançamento no coletor público, deve ser constniída uma elevatória capaz de elevar o esgoto a uma caixa de inspecào, de onde possa escoar por gravidade ao coletor público. O coletor a ser construido em terrenos particulares deverá ser instalado, de preferência, em áreas não-edificadas, a fim de que sua integridade e as melnores condições para sua limpeza e conscrvaçáo fiquem completamente asseguradas.

2.6.3 Sistema de coleta dos despejos A instalação predial de esgotos sanitários, como parte integrante do sistema separador absoluto, não receberá, em hipótese alguma, águas pluviais, provenham elas de telhados, terraços, áreas ou pátios calçados, nem substâncias estranhas em suas canalizações. Para coletar os despejos de lavatórios, bidês e banheiras, chuveiros e tanques de lavagem, colocados em andar ttrreo, assim como as águas servidas provenientes de lavagem de pisos cobertos ou lixeiras deste pavimento. serão instalados, em

190

Instulaç&s Hidráulicas Prediais e Industriais

I I

7 C A N I L E T A C/ GRELHA

TÉRREO

PAVT~.

í alternativo com

calxa

rifonade )

( b )

Fig. 2.55 Ligações de ralos a caixas sifonadas e a caixas de inspeção no pavimento l6rren

posiçóes adequadas, ralos sifonados com grelha, ligados, sempre que possível, diretamente a uma caixa de inspeção, ou, então, em junção com uma canalização primána. Os ralos sifonados com grelha s6 poderão ser usados para receber as águas de lavagem dos pisos de banheiros, copas e cozinhas, bem como o efluente de banheiros. chuveiros, bebedouros. bidês, lavatórios, tanques de Lavagem e depósitos de lixo residenciais (Fig. 2.55). Para coletar as águas de chuveiros e de lavagem de pisos, também poderão ser usados os ralos simples, os quais deverão ser ligados diretamente aos ralos sifonados ou aos sifões, ou caixas sifonadas. Os ralos sifonados ou caixas sifonadas devem ser instalados em locais que permitam fácil inspeção. Não será permitido canalizar aparelhos sanitários de um pavimento para ralos de ou. pavimento. Sempre que possível os despejos de andares superpostos deverão ser conduzidos para ralos sifonados ou sifões colocados nos respectivos anda-

~ s g o t o sSanitários

191

res, ou, então, ser descarregados em tubo de queda independente que, por sua vez, será ligado h caixa sifonada, instalada no andar térreo. Nos pavimentos superpostos, acima do andar térreo, ou andares dos edifícios, os ralos sifonados poderão ser de ferro fundido, cobre, latão PVC ou chumbo, e diretamente ligados a tubos de queda ou a ramais de descarga, em junções apropriadas.

Emprego do sifsio O ralo sifonado com grelha poderá ser substituído por sifão (Fig. 2.1) quando a instalação deste dispositivo preencher as seguintes condiçóes: a) permitir sua fácil e imediata limpeza ou desobstmção, sem auxílio de andaimes ou ouiros meios especiais; b) permitir o acesso ao bujão de limpeza pela própria economia em que ele esteja instalado. No andar térreo, o efluente dos mictórios deverá ser coletado em um sitão de barro vidrado; nos andares superpostos deverá ser usado ralo sifonado, com tampa hermética ou, então, sifão de chumbo, desde que a instalação deste último preencha as condições já mencionadas. Será obrigatório o emprego de ralo com grelha no piso dos banheiros para receber a água de lavagem além do ralo do boxe de chuveiros. O mencionado ralo de água do piso será sifonado e receberá o efluente do outro. Nenhuma canalização de esgoto poderá passar pelo interior de reservatórios de água potável. ou sequer passar sobre a laje da cobertura dos mesmos. Não é permitida a ligação de extravasores de reservatórios de água diretamente aos esgotos sanitários. mesmo que se interponha qualquer desconector na ligação. Os aparelhos sanitários de uma economia não poderão ser descarregados em ralos sifonados ou sifões instalados em outra economia.

2.6.4 Esgotos de gordura Os despejos domésticos que contiverem resíduos gordurosos, provenientes das pias de copas e cozinhas, serão conduzidos para caixas de gordura, instaladas nas áreas descobertas d o andar térreo, internas ou externas, nas garagens dos edifícios ou, excepcionalmente, nas passagens ou recuo do prédio. Nos casos de andares superpostos, as pias de cozinhas deverão descarregar em tubo de quedade ferro fundido revestido internamente de tinta de base epóxica, o qual conduzirá os despejos para caixas de gordura. Não 6 permitida, em hipótese alguma, a instalação de caixas de gordura, para coleta de despejos de andares superpostos. dentro dos recintos de lojas. Nos edifícios em que estas ocupem toda a área construída no andar térreo, sem possibilidade de instalação das caixas de gordura nos locais especificados, poderá ser colocada a caixa de gordura individual para cada pia de copa ou cozinha, nos respectivos andares, consultada a repartição competente. A instalação de caixas de gordura nas próprias cozinhas dos apartamentos é, entretanto, desaconselhável (e em alguns municíoios nroibida)...> oelos oroblemas de falta de hieiene aue normalmente Drovoca. De oualouer modo. somente deverá a ser usada quando não houver possibilidade de adotara primeira solução. A NBR-8160183, aliás, não pennite essa solução. No sistema dual, as pias de copa e de cozinha deverão ser dotadas de desconectores e a caixa de gordura individual sob a pia é ligada a um tubo de queda (Fig. 2.56). Como já mencionado, a Norma Brasileira não permite seu uso, embora em alguns países seja permitido. Onde seja permitida a solução duol, as caixas de gordura individuais deverão preferivelmente ser ligadas a um tubo de queda especialmente instalado para coletar todas as caixas de uma mesma pmmada de andares superpostos, ou ligados a um tubo de queda próximo, que receba os despejos de aparelhos sanitários, como foi dito antes. O ramal de descarga da caixa de gordura individual, a que se refere o parágrafo precedente, bem como o da caixa de gordura simples, deverá ter o diâmetro de 75 mm, e o da caixa de gordura dupla, o diâmetro de 100 mm. Para coletar despejos gordurosos e provenientes de uma ou duas cozinhas deverá. no mínimo, ser usada a caixa de gordura simples; acima de duas e até o limite de 12, deverá ser usudu, no mínimo, a caixa de gordura dupla (Art. 4.8.4da NBR8160).

-

. .

. .

I

T O ou TS ( d e golduro)

FF

PIA

100

Oorduro COZINHA

Fig. 2.56 Caixa de gordura sob uma pia de cozinha (solução desaconselhada e até mesmo proibida)

192

Inçtalaç0rs Hidráulicas Prediais e Industriais

Para coletar despejos gordurosos de mais de 12 cozinhas, ou ainda para cozinhas de restaurantes, escolas, hospitais, quartéis etc., deverão ser usadas caixas de gordura especiais, cujo volume será fixado pela fórmula: V = 20 litros

+ (NX 2 litros)

sendo N o número de pessoas servidas pelas cozinhas que conhibuem para a caixa de gordura (Fig. 2.9~). As caixas de gordura coletivas devem poder reter a água que entra durante cerca de 3 minutos. A NBR-8160 no An. 4.8.5 permite que para apenas u m pia de cozinha seja usada a caixa de gordura pequena ou individual.

2.6.5 Despejos não permitidos Não deverão ser esgotadas para a rede de esgotos sanitanos as águas provenientes de piscinas. sempre que as mesmas tenham outro meio de escoamento permitido. Não se admitirão também na rede de esgotos da municipalidade despejos industriais que contenham: a) gases tóxicos ou substâncias capazes de produzi-los; b) substâncias inflamáveis ou que produzam gases inflamáveis; C) resíduos e corpos capazes de produzir obstruções (trapos, lã, estopa etc.); d) substâncias que, por seus produtos de decomposição, ou combinação, possam produzir obstruções ou incrusiaç6es nas canalizações; e) resíduos provenientes da depuração de despejos industriais; í) substâncias que por sua natureza interfiram nos processos de depuração da estação de mtamento de esgotos.

2.6.6 Coletores prediais, subcoletores, ramais de esgotos, ramais de

descarga e tubos de queda Indicações de caráter geral O coletor predial e o subcoletor serão construídos sempre que possível na parte não-edificada do terreno. Quando for inevitável a sua conslrução em áreaedificada, as caixas de inspeção deverão ser localizadas de preferência em áreas livres. O traçado das canalizações deverá ser, de preferência, retilíneo. tanto em planta como em perfil. sendo obrigatória nas deflexões impostas pela configuraçãodo temeno ou do prédio a colocação de caixas de inspeção (CI)para limpeza e desobstmção dos trechos adjacentes (Fig. 2.57). Entre os dois pontos de inspeção, entretanto, será per.nitida curva de raio grande, com ângulo central não superior a 90", desde que não seja possível a colocação de uma caixa de inspeção (Fig. 2.58). Nas mudanças de direção horizontal para vertical só será permitido o emprego de curvas de raio grande. A inserção de um ramal de descarga ou de esgoto no coletor predial, subcoletor, ou outro ramal de esgoto, dever6 ser feita de preferência mediante caixa de inspeção, ou então com junção simples de ângulo não superior a 45", devendo neste último caso ser o mesmo ramal provido de peça de inspeção ((Figs. 2.59 e 2.60). As canalizações externas de esgotos sanitários são, em regra, construídas de manilhas de cergmica vidrada, de ferro fundido coltarizado, cimento-amianto, ou PVC, não podendo, em hipótese alguma, ficar solidárias com a estrutura de concreto armado do prédio. Existem mastiques e outros materiais com propriedadeselásticas, como o Sikafiex-1A, que podem ser utilizados envolvendo o tubo na passagem pela parede externa de concreto do subsolo. Nas passagens em lajes ou outras peças estruturais, deve ser deixada abertura durante a concretagem, para posterior

PLANTA

BAIXA

" Fig. 2.57

Tubos de queda ligados a caixas de inspqão no pavimento ikrreo.

Esgotos Sanitdrios

193

nOo for poisi.*l r. raio iongo ( coiocoruna C.I. ou uno curvo de 4.')

curvo

c . I . n Q d i vasos

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0

PLANTA

BAIXA 0 : ...

-

Fig. 2.58 Subcoletor ligado a caixas de inspeção

C 1. nq d. "osol

PLANTA B A I X A u 0

Ramal de i s q o t o

Fig. 2.59 Inserção de ramal de esgoto e subcoletor num coletor predial.

instalação do tubo. Se de todo for impossível deixar de colocar o tubo antes da concretagem (caso ran'ssimo), o tubo deverá ser tipo água,classe K9. e nunca do tipo esgoto. O mesmo com respeito a conexões.

Quando a canalização estiver enterrada a profundidade insuficiente para absorver choques e vibrações provocadas por veículos, serão empregados os tubos de ferro fundido, com revestimento adequado, sendo. entretanto, permitido o uso de manilhas de cerâmica vidrada, desde que sejam envolvidas em camadas de concreto, suficientemente espessas, para garantir sua eficaz proteção.

Fig. 260 Ligação de tubos de queda a subcoletor no teto de um subsolo.

194

Instalações Hidrdulicas Prediais e Industriais

Se num subsolo a tubulação atravessar vigas, convém revestir o trecho do tubo que fica no concreto com uma camada externa de Sikaflex-IA. para evitar que esforços da esuumra se transmitam A tubulação. Quando acanalização em ferm fundido de esgotos passar por baixo ou através dos alicerces, estes deverão ser dotados de arcos ou vigas com abemuas tais que não se exerça nenhum esforço direto ou indireto sobre a canalização. Em laboratórios ou instalaçks industriais, as canalizaçóes que conduzirem despejos ácidos ou outros deverão ser de cerâmica vidrada, ou de material inatacável pelos ácidos, conhecido como material ácido-resistente, como é o caso dos tubos de material plástico já mencionados. O rejuntamento é feito com argamassa constituída por silicatos, no caso de manilhas, ou massa epóxica. Os despejos ácidos de pavimentos superpostos conforme seu grau de concentração deverão ser neutralizados e/ou diluídos, antes de serem lançados em canalização metálica e nos coletores prediais. Tratando-se de despejos industriais de características especiais, não bastam as caixas neutralizadoras e diluidoras. É necessário estudar-se um tratamento específico para cada caso. O coletorpredial terá início no fundo de uma caixa de inspeção, situada no ponto mais conveniente para reunir os subcoletores que provêm dos locais mais afastados da testada do terreno, e dirigir-se-á para o coletor da ma, ao qual se Ligaráem inserção superior, por intermédio de peça radial e junção ou selimem Y, envolvido, este último, em embasamento de concreto. Quando o coletor da rua estiver muito abaixo da chegada do coletor predial, poderá ser instalada a peça radial sobre uma chaminé de manilhas de cerâmica vidrada montadas sobre a junção Tê, ou como indica a Fig. 2.23. Não será permitida no coletor predial ou subcoletor a inserção tanto de sifões nas caixas de inspeção de cota inferior i3 do perfil do coletor predial ou subcoletor quanto de bolsas de canalização dentro das caixas de inspeção. O coletor predial e o subcoletor terão o diâmetro mínimo de 100 mm, oqual seráaumentado se a declividade disponível ou o volume de despejos a esgotar assim o exigirem. As declividades mínimas adotadas para coletores prediais, subcoletores, ramais de esgotos e ramais de descarga são as seguintes, segundo a NB-19/80 (Tab. 2.3), alteradas pela NBR-8 160, conforme a Tab. 2.7.

Tabela 2.3 Declividades para canalizagão Canalizaç6es diâmetro (mm)

Declividade mínima d m

O*/

A declividade de coletores e subcoletores entre duas C1 ou PV deve se manter uniforme. Autores como Mariano R. Avia1 (Fontaneria e saneamiento) e Angelo Gallizio (Instalaciones sanitarias) admitem declividade de 1% para subcoletores e ramais de descarga e de esgotos que não conduzam esgotos de vasos sanitários; portanto, para diâmetros de 50 e 75 mm. Quando, em condições excepcionais, a declividade adotada for insuficiente para assegurar, com os despejos normais, a necessária limpeza do coletor predial ou subcoletor em toda a sua extensão, será estabelecido na cabeceira do mesmo um tanquefluxivel, cuja capacidade e regime de funcionamento serão fixados pela municipalidade (quando esta permitir seu emprego). Nas mudanças de direção das canalizações, no sentido horizontal ou vertical, em que não for possível intercalar caixas de inspeção. poderão ser usadas curvas de ângulo central miximo igual a 90°, de raio grande, ou junções em Y ou TY de 45". desde que se usem peças de inspeção, limpeza e desobstrução dos trechos adjacentes (Fig. 2.60). Ligações em tubos de queda deverão ser feitas com junções de 45" ou então em Tê sanitário ou TY (Fig. 2.61).

Fig. 2.61 Modalidades de ligação ao T.Q. de ramal de esgoto

Esgotos Sanitários

195

A Fig. 2.62 mostra a ligação de um sub-ramal de vaso sanitário a um tubo de queda. Os tubos operculados (tubos radiais com inspeção) deverão ser instalados junto às curvas de queda (curvas de 90" de raio grande), na base dos tubos de queda, todas as vezes que elas forem inatingíveis pelas varas ou elementos de limpeza introduzidos pelas caixas de inspeção ou por outras peças de inspeção existentes na instalação (Fig. 2.63).

+r TS 87

TOCO DE TUBO

Linho HL

- ~orborÓ

Fig. 2.62 Ligação de um sub-ramal de vaso sanitário a um tubo de queda, com o emprego do material da Linha Predial Barbari.

Fig. 2.63 Tubo operculado (T.O.) na base de tubo de queda.

As ligações em trechos horizontais deverão ser feitas com junções de 45" e não com Tê ou duplo Tê, paraevitar a ocorrênciade entupimentos (Fig. 2.64). As curvas podem ser constituídas pelaassociação de conexões conforme mostra a Eig. 2.35~. A ligação das peças de um banheiro situado no I R pavimento a uma caixa de inspeção pode ser feita como indicado na Fig. 2.65, onde se observa que o vaso sanitário 6 ligado diretamente à C1, enquanto as demais pesas lançam suas descargas em um ralo sifonado (RS)o qual é ligado à CI. Juntas As juntas entre a ponta e a bolsa das manilhas de cerâmica vidrada e canos de cimento-amianto deverão ser tomadas com argamassa de cimento Portland e areia fina, traço 1:3, ou cimento Portland e tabatinga, traço 1: 1. A argamassa da junta deverá ser respaldada externamente, com uma inclinação de 45' sobre a superfície do tubo. Todas as juntas em tubos de feno fundido coltarizado, ou aço galvanizado, serão feitas com chumbo bem rebatido, na profundidade mínima de 25 mm, depois de calafetado o fundo do espaço anular com corda alcatroada. Quando empregada junta com anel de neoprene, devem ser seguidas as prescriçiKs dos fabricantes.

196

Instalaç&s Hidráulicas Prediais e Industriais

JOELHO 90-

PLANTA J U N Ç Ã O EM 4 5 O

~ioacáoH O R I Z O N T A L ("ao cnaro"1

-

JOELHO 4 5 4 100nn

Fig. 2.64 Ligação vertical de bateria de vasos a um ramal de esgotos no teto de um subsolo

Fig. 2.65 Ligação das peças de um banheiro no primeiro pavimento a uma caixa de inspeqão

2.6.7 Dimensionamento das tubulações de esgoto O dimensionamento dos tubos de queda, coletores prediais. subcoletores. ramais de esgotos e ramais de descarga é estabelecido em função das Unidades Hunter de Contribuifão (UHC) atribuídas aos aparelhos sanitanos contribuintes. A NBR-8160183 fixa os valores dessas unidades para os aparelhos mais comumente usados. Os dados da coluna central da Tab. 2.4, baseados na descarga de um lavatório como unidade, igual a 28 litros por minuto, representam o número de unidades Hunter de contribuição correspondente a cada aparelho sanitário. Quando se emprega tubo de PVC,o diâmetro mínimo é de 40 mm, e se o material for de ferro fundido. 6 de 50 mm. É importante notar que as municipalidades tem regulamentos próprios, que complementam e em certos casos divergem da NBR-8160183. No tocante aos ramais horizontais de descarga e de esgoto, por exemplo, em Recife, é utilizada a Tab. 2.5, que permite a escolha do diâmetro em função do número máximo de unidades de descarga e da declividade. No caso dos tubos de queda, a municipalidade de Recife adota valores diversos de unidades de descarga, conforme a inserçáo do ramal de descarga ou de esgoto no tubo de queda se faça com ligação em Té sanitário ou em Y (Tab. 2.6).

Esgotos Sanitários

Tabela 2.4 Númem de unidades Hunter de coniribuigáo dos aparelhos sanitsrios e diâmetro nominal dos ramais de descarga Aparelho Banheira de residencia de uso gerai hidroteripica-fluxocontínuo Bebedouro Bide Chuveiro de residência de uso gerai (coletivo) Lavatório de residência de uso geral Mictório com vtílvula de descarga com descarga automitica de calha, por meuo com caixa de descarga Pia de residência de grandes cozinhas (indóstrias, hotéis) de despejos Ralo de piso Tanque de lavar roupa grande Vaso saniiário Miquina de lavar roupa at6 30 kgf Maquina de lavar roupa de 30 a 60 kgf

Númem de unidades Hunter de conhibuisáo

Dihetro mfnimo do ramal de descarga (mm)

3 4 6 0,5 2

40 (1 1W) 40 (1 ln") 75 ( 3 ) 30 (1 114) 30 (1 114)

2 4

40 (L 112") 40 (1 112")

1 2

30 (I 114") 40 (L 112")

6 2 2 5

75 (3") 40 (1 112") 50 (2") 50 (2")

3 5 1

40 (1 112") 50 (2") 75 (3") 30 (1 114")

3 6 10 12

40 (1 1n") I00 (4") 75 (3") 100 ( 4 )

4

Tabela 2.5 Diâmetro em funçSo das unidades de descarga ou de declividade Númem máximo de unidades de descarga Declividade 1% -

-

180 230 870 1.740 3.000 6.000

2%

4%

1

1 3 8 18 36 114 280 580 1.680 3.MX) 6.500 13.500

2 6 13 24 96 234 440 1.150 2.500 4.200 8.500

Diameim

mm 30 40 50

60 75 100'~ 125 150 200 250 3W 400

pol. 1 114 1 1/2 2 2 1/2 3 4 5 6 8

10 12 15

197

198

Ins!alações Hidráulicas Prediais e Industriais Tabela 2.6 Unidades d e descarga conforme o tipo de liga@o do ramal de esgoto ao tubo d e q u e d a Ligação em Tê saniiário

LigacSo em Y

Em todo o tubo de queda

Em um pavimento 1 2 9 24

Em um pavimento

1 8 16 48 256 680 1.380 3.600

144

324 672 2.088

I 4 15 45 240 540 1.122 3.480

Em todo o tubo de queda

Comprimento máximo inclusive o trecho como tubo ventilador primário (m)

I 12 36 72 384 1.020 2.070 5.400

15 20 26 64 90 117 153 225

-

Diâmetm mínimo

mm 30 40 50 75 100 125 150 200

pol. 1 114 lln 2 3 4 5 6 8

Tabela 2.7 Subcoletores e coletores prediais Nhmem mlximo de unidades Hunter de contribui(áo Diâmetro nominal do tubo DN 100 150 200 250 300 4W

Dedividades mínimas (%) 0,s -

1 ,400

2.500 3.900 7.000

1 180 700 1.600 2.900 4.600 8.300

2

216 840

1.920 3.500 5.600 10.000

4

250 1.000 2.300 4.200 6.700 12.000

A NBR-8160 apresenta a Tab. 2.5a para dimensionamento de,ramais de esgoto. Para os coletores prediais, é adotada pela NBR-8160183 a Tah. 2.7 para se obter o diâmetro do coletor em função do

número de unidades Hunter de contribuição e da declividade. O tubo de queda deverá ter diâmetro uniforme e, sèmpre que possível, ser instalado em um único alinhamento reto. Quando não for possível evitar mudanças de direção, estas devem ser feitas com curvas de ângulo central superior a 90" e raio grande. Em todas estas mudanças de alinhamento reto deverão ser instaladas peças de inspeção. (Tubo operculado, tubo radial com inspeção, placa cega HL dou bujão). Para determinar o diâmetro de um tubo de queda, uma vez somadas as unidades de descarga que afluem ao mesmo, por pavimento ou em todo o tubo de queda, bastará compulsar os dados da Tah. 2.8. A Tab. 2.8 está sujeita as seguintes restrições: a) Nenhum vaso sanitário poderá descarregar em um tubo de queda de diâmetro inferior a 100 mm. b) Nenhum mbo de queda poderá ter diâmetro inferior ao da maior canalização a ele ligada. c) Nenhum tubo de queda que receba descarga de pias de copa e de cozinha, ou pias de despejo, deverá ter o diâmetro inferior a 75 mm, excetuando o caso de tubos de queda que recebam até seis unidades Hunter de contribuição em prédios de até dois pavimentos, quando pode então ser usado o diâmetro nominal DN 50. Em um mesmo edifício, quando banheiros com vasos sanitatios ou outros aparelhos estiverem situados nus lados oposto: de uma parede divisória ou forem adjacentes, tais aparelhos poderão ser ligados a um tubo de queda comum, respeitados, porém, os limites de unidades de descarga para cada diâmetro de tubo de queda, constantes da Tab. 2.8. Nenhum tubo de queda poderá ser assente ao longo da face externa de um prédio, exceto no caso daqueles que s6 tem dois pavimentos. Não deve ser usado o mesmo tubo de queda para prédios distintos (geminados). Deverão ser adotados para coletores prediais e snbcoletores os diâmetros mínimos constantes da Tab. 2.7. Os ramais de descarga que receberem efluentes de mictórios não poderão ser ligados a ralos sifonados com grelha. Deverão ser conduzidos até ralo sifonado de material apropriado com tampa hermética.

Esgotos Sanitários

199

Tabela 2.8 T u b o s de queda (NBR-8160183)(Diâmetros mínimos) Dilmeim nominal do tubo DN ímm) 30 40 50 75 100 150 200 250 300

Número máximo d e unidades Hunter de contribuição Prédio de ate 3 pavimentos

Prédio com mais de 3 pavimentos em 1pavimento

2

1

4

10 30 240 960 2.200

2 6 16 90 350 600

3.800

1.o00

em todo o prédio 2 8 24

70 500 1.900 3.600 5.600

1.500 8.403 Observn@o: A Tab. 2.8 não Icvni em canta que os fabricantes de tubas para esgoto sanithio pndial s6 os fabricam ate o diâmetro de 150 mm Nodimcnsiowinen~odos colrrons e subcolerores,deve scr consideradoapenns o npanlho de nuiior drscorgo de cada banheiro de prédio nsidencid, para cgmputodo número de unidades Hunier de contribuição. Nos demais casos. devem ser considerados todos os aparelhos contribuintcs para o cáicula de unidades Hunter de contribibuigb. 6.000

Tabela 2.9 Declividades de ramais d e descarga e d e esgoto horizontais, segundo a NBR-8160183 Diâmetro nominal

Declividade mínima O/o

Os ramais de descarga de lavatórios. banheiras, bidês, ralos e tanques de lavagem, lixeiras e ralos de lavagem de pisos deverão ser ligados, por meio de ramais independentes, a caixas sifonadas, ralos sifonados ou sifões, podendo, se necessário, passar antes da ligação por uma caixa de inspeção. Podem ser ligados a um mesmo ramal de esgoto: a) Os conjuntos de lavatórios ou mictórios instalados em bateria nos sanitários coletivos. desde que o ramal de esgoto que reúne os ramais de descarga seja facilmente inspecionável (bujão na extremidade) (Fig. 2.55d). b) Os lavatórios e pias de cozinha com duas cubas (Fig. 2.29). Nas interligaçües de tubulações horizontais com verticais, devem ser empregadas junções a45" simples ou duplas ou rês sanitários, sendo vedado o uso de cruzetas sanitárias. Os ramais de descarga de pias de copa e cozinha, e de pias de despejo de cozinha, deverão ser ligados a caixas de gordura ou a tubos de queda que descarreguem nas referidas caixas. Os ramais de descarga de vasos sanitários, caixas ou ralos sifonados, caixas detentoras e sifões deverão ser ligados, sempre que possível, diretamente aumacaixa de inspeção ou. então, aoutra canalização primária (Fig. 2.65), perfeitamente inspecionável. Os ramais de descarga, ou de esgoto, de aparelhos sanitárjos, caixas ou ralos sifonados, caixas detentoras e sifões só poderão ser ligados a desvios horizonzais (balanços) de tubos de queda que recebem efluentes sanitários de att quatro pavimentos superpostos (Fig. 2.66). sendo a declividade mínima de 1%. Os vasos sanitanos, quando ligados em série ou baterias a um mesmo ramal de esgoto, deverão ter essas ligações em junção de 45" colocadas ao chato, com curvas ou joelhos 90" tipo longo, ou verticalmente com joelhos de 45O (Fig. 2.64). As variações de diâmetro das canalizações deverão ser feitas mediante o emprego de caixas de inspgão ou de peças esneciaia - r...-. . de -~amnliacãn. r---..--. Os diimetri>\ mínimos d o i ramais de deicarga. correspondentes a cada aparelho sanitáno. constam da\ Tabs. 2.4 e 2.9, e a declividade mínima de trecho5 horizonlaii \cri de 0.02 para diâmetrus inferiores ou iguais a 7.5mm, conforme indica a Tab. 2.9. Os esgotos de aparelhos sanitários (exceto vasos sanitários e pias de cozinha) de um ou mais pavimentos podem ser conduzidos a tubos de queda secundários ligados a caixas sifonadas. ~

~~~~~

200

Instalações Hidráulicas Prediais e industriais

C O B E R T U R A

v 0

:

:

V.$.

Fig. 2.66 Vasos sanitários ligados a um desvio de tubo de queda. M i o com até quatro pavimentos.

Quando apresentarem desvios da vertical, os tubos de queda devem ser dimensionados da seguinte forma: a) Quando o desvio formar ângulo não maior que 45" com a vertical, o tubo de queda é dimensionado pela Tab. 2.8; b) Quando o desvio formar ângulo maior que 45" com a vertical, deve-se dimensionar: - a parte do tubo de queda acima do desvio, como um tubo de queda independente, com base no número de unidades Hunter de contribuição, de acordo com a Tab. 2.8; - a parte horizontal do desvio, de acordo com a Tab. 2.7; - a parte do tubo de queda abaixo do desvio, com base no número de unidades Hunter de contribuição de todos os aparelhos que descarregam no tubo de queda, de acordo com a Tab. 2.8, não podendo o diâmetro adotado ser menor que o da parte horizontal.

2.6.8 Desconectores É obrigatória a colocação de dispositivos desconectores, destinados à proteção do ambiente interno contra a ação dos gases emanados das canalizações. Fazem parte dos esgotos primários. São usados três tipos de desconectores: - Sifnes: de chumbo ou PVC, com um bujão na parte inferior para limpeza ou desobstmçáo. Diâmetro mínimo: 75 mm. Fecho hídrico: 50 mm, mínimo. - Ralos sifonados: fecho hídrico > 50 mm (ou caixas sifonadas). Diâmetro de saída mínima: 75 mm. Até seis unidades Hunter de contribuição, diâmetro de 100 mm. Até 10 UHC, diâmetro de 125 mm. Até I 5 UHC, diâmeho de 150 mm. - Caixas sifonadas grandes: podem ser de concreto ou alvenaria, circulares ou retangulares. Fecho hídrico mínimo: 200 mm. Diâmetro interno maior que 40 cm. Diãmeho do tubo de saída mínimo: 75 mm. Tampa, de ferro fundido. Esses dispositivos, para cumprirem a sua finalidade, não deverão funcionar como sifões físicos. isto é, deverão ficar isentos dos fenômenos de sifonagem, pois, pela sua forma, dimensões e precauções adotadas, cumpre-lhes garantir a permanencia dos fechos hídricos que são interceptores de gases.

Esgotos Sanitdrios

:

201

COBERTURA

vpi

D E S V I O 00 T. O.

P ~ VTIRREO . NOTA :

NÃO

L".

SE A C H A R E P R E S E N T A D A A

"VENTILAÇÃO"

(a)

Fig. 2.67 Vasos sanitanos ligados a um tubo de queda. M i o com mais de quatro pavimentos

Todos os aparelhos da instalação predial do esgoto sanitário serão ligados à seção conectada pela interposição de desconectores. colocados o mais próximo possível desses aparelhos. Serão excetuados apenas os que já trazem um dispositivo desconector como parte integrante de sua estrutura, como alguns tipos de vasos sanitários (vasos sifonados), bem como os que sáo protegidos em grupos por um s6 sigo, caixa ou ralo sifonado. A NBR-8160 considera ralo sifonado como sendo uma caixa sifonada dotada de grelha. As pias de cozinha e copa devem ser dotadas de sifões mesmo quando foretq ligadas a caixas retentoras de gordura.

2.6.9 Ventilação sanitária 2.6.9.1 Prescrições fundamentais É obrigatória a ventilação das instalaçóes prediais de esgotos primários a fim de que os gases emanados dos coletores sejam encaminhados convenientementepara a atmosfera, acima das coberturas, sem a menor possibilidade de entrarem no ambiente interno dos edifícios, e também para evitar a ruptura do fecho hídrico dos desconectores,por aspiração ou compressão. A ventilação da insialação predial de esgotos primtirios 6 feita, de modo geral. da seguinte maneira: a) Em prddio de w n só pavimento, pelo menos por um tubo ventilador primário de 100 mm ligado diretamente B caixa de inspeção, ou em junção ao coletor predial, subcoletor ou ramal de descarga de um vaso sanitário e prolongado acima da cobertura desse prédio (Fig. 2.68).

202


o, o i s n CM PRE'DIO RESIDCNCIAL cou o, 100n 1106 OEMAIS CASOS

ATEI

3v.s

1. oo iornol de d e s c o r g a de um r o l o i o n i t a i i o 2. 3. 4.

oo iornol de e s g o t o o urna c o i s a de i n s p e ç ã o o um c o l e t o r p r e d i o l

Fig. 2.68 Alternativas para ligaçio do tubo ventilador de um pavimento: 1. ao ramal de descarga de um vaso sanitário; 2. ao ramal de esgoto; 3. a uma caixa de inspeção; 4. a um coletor predial.

Fig. 2.69 Caso de vasos sifonados e sifões ligados a tubos de queda. Ventilação sanitária

Esgotos Sariitários

203

Se o prédio de um pavimento, a que se refere o item a. for residcncial, e tiver, no máximo, três vasos sanitários, o tubo ventilador primário poderá ter o diâmetro de 75 mm. b) Em prédio de dois ou mais pavimentos, os tubos de queda serão prolongados até acima da cobertura, e todos os vasos sanitários sifonados, sifões e ralos sifonados serão providos de ventiladores individuais ligados i coluna de ventilação (Figs. 2.31, 2.69 e 2.70). Toda canalização de ventilação deverá ser instalada de modo que qualquer líquido que, porventura. nele venha a ter ingresso possa escoar-se completamente por gravidade. para dentro do tubo de queda, ramal de descarga ou desconector em que o ventilador tenha origem. Toda coluna de ventilação devera ter: a) Diâmetro uniforme. h) A extremidade inferior ligada a um subcoletor (Fig. 2.72) ou a um tubo de queda, em ponto situado abaixo da ligaçáo do pnmeim ramal de esgoto ou de descarga (Fig. 2.70) ou neste ramal de esgoto ou de descarga (Fig. 2.73). c) A extremidade superior situada acima da cobertura do edifício, nas mesmas condições que os tubos ventiladores primários, ou ligada ao prolongamento de um tubo de queda a 0,15 m, no mínimo. acima do nível máximo da água no mais alto dos aparelhos servidos (Figs. 2.29 e 2.31). Nos desvios de tubo de queda que formem ângulo maior que 45" com a vertical, deve ser prevista ventilação de acordo com uma das alternativas seguintes (ver Fig. 2.71), conforme o item 4.6.27 da NBR-8160t83:

-

Fig. 2.70 Ventilação de vasos sifonados em prédio de três pavimentos

Fi& 2.71 Desvio de tubo de queda.

204 a9 PAV.

Insfalafões Hidráulicas Prediais e Indusfriais

I I

I 29

PAV.

cv

I I

I I I I

SUBCOLETOR

Fig. 2.72 Liga~ãoda CV a um subcoletor.

Ng.2.73 Ligaçáo da CV ao ramal de descarga.

5 9 PAV.

39 PAV.

DISPENSADO O PROLONGAMENTO AT6 A COBERTURA.OUAND0 h<-

p TO. 4

29

PAV. DE 36 U N I D . DE DESCARGA.

1P PAV.

TO

L

C. I.

L

Fig. 2.74 Ligação do tubo de queda ao ventilador primário.

a) Considerar o tubo de queda como dois tubos de queda separados. um acima e outro abaixo do desvio (Fig. 2.71a). b) Fazer com que a coluna de ventilação acompanhe o desvio do tubo de queda, conectando o tubo de queda h coluna de ventilação, através de tubos ventiladores de alívio. acima e abaixo d o desvio. Desde que os diâmetros dos ramais de esgoto que descarregam no tubo de queda acima e abaixo do desvio sejam maiores ou iguais a DN 75, é permitida a ligação dos tubos ventiladores de alívio aos ramais de esgoto, em vez de ligá-los no próprio tubo de queda. como fixado na alternativa (b) citada. É o que mostra a Fig. 2.71b.

Esgotos Sanitários

m

205

TUBO VENTILADOR NA V E R T I C A L

Y C A N A L I Z ~ E ~ or ~O

Escoro

Fig. 2.75 Ligação do ventilador primário i canalizaçáo de esgoto,

Fig. 2.76 Inserção de tubo ventilador a ramal de esgoto de um tuho de queda.

Em edifícios cuja instalação de esgoto sanitano já possua pelo menos um tubo ventilador primário de 100 mm, será dispensado o prolongamentoaté acimada coberturade todo tubo dequedaque preencha as seguintes condições (Fig. 2.74): a) O comprimento h náo exceda a 114 da altura total do prédio, medida na vertical do referido tubo. b) Não receba mais de 36 unidades Hunter de contribuiçáo. C) Tenha a coluna de ventilação prolongada até acima da cobertura ou em conexão com outra existente, respeitados os limites da Tab. 2.12. Todo desconector deverá ser ventilado. A distância de um desconector à ligação do tubo ventilador que o serve não deverá exceder os limites indicados na Tab. 2.10 e Figs. 2.80,2.81 e 2.82. A ligaçáo de um tubo ventilador a uma canalização horizontal deverá ser feita acima do eixo da tubulação (Fig. 2.75), elevando-se o tubo ventilador, sempre que possível, verticalmente. ou então com o desvio máximo de 45" da vertical, até 15 cm acima do nível de transbordamento da água no mais alto dos aparelhos servidos, antes de desenvolver-se horizontalmente ou de ligar-se a outro tubo ventilador (Fig. 2.76). O tubo ventilador primário e a coluna de ventilação serão verticais, e, sempre que possível, instalados em um Único alinhamento reto; quando for impossível evitar mudanças de direção, estas deverão ser feitas mediante curvas de ângulo central com menos de 90' (Fig. 2.77).

Tabela 2.10 Distância máxima L de um desconector à ligacão de tubo ventilador do ramal de descarga Diâmetro mínimo do ramal de descarga (mm)

Distancia máxima (L) (m)

30 (1 114")

0.70

40 ( I 112")

1,00 1.20 1,80 2,40

50 (2") 75 (3") 100 (4")

206


Tabela 2.11 Ramais d e ventilaqão Gmpo de aparelhos com vasos sanitários

Gmpo de aparelhos sem vasos sanitários

Número de unidades Hunter de conhibuiçáo atC 2 3a12 13 a 18 19 a 36

Diâmetro nominal do ramal da ventilasão DN

Diâmetro

30

40

Número de unidades Hunter de conhibuiçlio

nominal do ramal da ventilação DN

ate 17 18 a60

50 75

-

50

-

75

-

: DESVIO

DA C.V. NA VERTICAL

Fig. 277 Desvio de coluna de ventilação no plano vertical.

O trecho de um tubo ventilador primário, situado acima da cobertura do edifício, deverá mediu no mínimo 30 cm, no caso de telhado, ou de simples laje de cobertura, e 2,00 m no caso de laje utilizada para outros fins além da cobertura, devendo ser, neste Último caso, devidamente protegido contra choques ou acidentes que possam danificá-lo (Fig. 2.78). A extremidade aberta de um tubo ventilador primário situadoa menos de 4.00 m de distância de qualquerjanela, mezanino ou porta, deverá elevar-se pelo menos 1.00 m da respectiva verga (Fig. 2.79). Serão adotadas as seguintes normas para a fixação do diâmetro dos tubos ventiladores. a) Tubos ventiladores individuais: diâmetro não inferior a 30 mm nem a metade do diâmetro do ramal de descarga a que estiver ligado. b) Ramal de ventilação: diâmetro não inferior aos limites determinados pela Tab. 2.1 1. c) Tubos ventiladores de circuito: diâmetro não inferior aos limites determinados pela Tab. 2.12. d) Tubos ventiladores suplementares: diâmetro não inferior à metade do diâmetro do ramal de esgoto a que estiver ligado. e) Colunas de ventilação: diâmetro de acordo com as indicações da Tab. 2.12. Serão considerados devidamente ventilados os desconectores de pias, lavatórios e tanques (ralos sifonados ou sifaes) quando ligados a um tubo de queda que não receba efluentes de vasos sanitários e mictórios, observadas as distâncias indicadas na Tab. 2.10. É o caso das colunas de esgoto dos tanques. Serão considerados adequadamente ventilados os desconectores instalados no último pavimento de um prédio, quando se verificarem as seguintes condições: a) O número de unidades Hunter de contribuição for menor ou igual a 15; é o caso de um banheiro completo (Fig. 2.84). b) A distância entre o desconector e a ligação do respectivo mmal de descarga a umacanaliza$ão ventiladanão exceder os limites fixados na Tab. 2.10.

E ~ g o f oSanitários s

207

LAJE

,

TELHADO

Fig. 2.78 Extremidade do ventilador primário. Casos de telhado. laje e terra~o.

Tabela 2.12 Colunas e barrilete de ventilaçáo (NBR-8160183)

-

I

I

I

Diâmetro nominal do tubo de queda ou ramal de esgoto DN

Número de unidades Hunter de contribuisão

1

Diâmetm nominal do tubo de ventilação

1

Comprimento máximo permitido (m)

1

I

colunade ventilaqão o trecho du ventilador primário entre o ponto dc inseqão da colunae a extremidade aberta do ventilador. Obrrmn~áo:Por esta tabela pode-se c h e ~ a rar 7,600 UHC para o tubo de queda. ao paiw que pela Tab. 2.9 só se podem considerar 3h00 Noro: Inclui-se nocomprimentoda

UHC,

208

Instalações Hidriiuiicas Prediais e Industriais

Fig. 2.79 Afastamento de ventilador primário de pddio vizinho.

Fig. 2.80 Ventilador individual ou ramal de ventilafáo de ramal de descarga de ralo sifonado.

Serão considerados adequadamente ventilados o ramal de descarga das caixas retentoms, as caixas sifonadas e os ralos sifonados, quando instalados em pavimento térreo ligados diretamente a um subcoletor devidamente ventilado, ou nas condições indicadas nas Figs. 2.83 e 2.88. Observafão: A Barbará sugere que se empregue um TQ somente para os VS e um TS recebendo os esgotos secundários das demais peças. O TS 6 ligado em sua base a uma caixa sifonada, não havendo necessidade de ralos sifonados nos banheiros. O ramal de descarga de cada VS é ligado por um ramal de ventilação à CV (coluna de ventilação).

Esgotos Sanitários

209

BANHEIRA

I

Ng. 2.81 Ventilação do ramal de esgoto de um ralo sifonado de banheiro completo

Plenfo

Fig. 2.82 Ligaçâo de ralo sifonado a uma canalização ventilada

A COLETOU

OU

SUBCOLETOR

Fig. 2.83Pavimento térreo único. Considera-se ventilado a C.S.,R.S. ou caixa detentora. desde que o número de unidades Hunter seja inferior a 36 e o ramal tenha menos de 8 m.

210

Instalaç6es Hidráulicas Prediais e Industriais

.. a

i

a

VP

a

COBERTURA

I

Fig. 2.84 Caso de ventilação no último pavimento

Pav.

~ é r r e o

Fig. 2.85 Considera-se ventilada a C.S., RS. ou C.D., usando-se tubo ventilador de 50 mm, se o número de UH for menor que 36 e a distância L for menor que 8 m.

As extremidades superiores dos tubos ventiladores individuais (ramais de ventilaçáo) poderão ser ligadas a um tubo ventilador primário, a uma coluna de ventilação ou a um ramal de ventilação, sempre a 15 cm pelo menos. acima do nível de transbordamento da água no aparelho sanitário mais alto (Fig. 2.31); a extremidade inferior deve ser ligada ao orifício de ventilação do desconector, a uma distância da soleira do vertedor de descarga do mesmo não inferior ao dobro do seu diâmetro (Fig. 2.86). Podem tamb6m ser ligadas a um bamlete, cujas extremidades se elevam 2 m acima da cobertura. Com isso se evita a instalação de elevado número de tubulações de ventilaçáo no terraço (Fig. 2.87). O diâmetro nominal de cada trecho do banilete segue a Tab. 2.12. O número de unidades Hunter de contribuição de cada trecho é a soma das unidades de todos os tubos de queda senidos pelo trecho. e o comprimento a considerar 6 o mais extenso, desde a base da coluna de ventilação mais afastada da extremidade aberta do banilete até essa extremidade. O tas0 sanitário proiido de orifício para venlilaçãu. qucr o de decconecror ehterno. qucr o de deiconector interno, deverá per ventilado individualmente. de modo que uma ponta do tubo ventilador individual se ligue ao orificio, e a outra, 3 coluna de ventilaçiio, tubo primário ou ramal de ventilação mais próximo (Fig. 2.69)

Esgi~tosSanitários

211

Fig. 2.86 Ligaçáo do ventilador individual ou ramal de ventilação ao ramal de esgota de um ralo sifonado

Fig.2.87 Bmilete deventilaçáo. Diâmetro uniformee não inferior a 0,150m. ligado aum tubo ventilador primário do mesmo diimetro.

O vaso sanitário chamado auto-sifonado, como não tem orifício para ventilação, deverá ter o respectivo ramal de descarga ventilado individualmente (Figs. 2.80 e 2.81). O vaso sanitário auto-sifonado, no pavimento térreo, deverá ficar no máximo a 2,40 m da ligação do ventilador individual do respectivo ramal de descarga, ou de uma caixa de inspeção, instalada num coletor predial ou subcoletor (Fig. 2.88). Será dispensada a ventilação do ramal de descarga do vaso sanitário auto-sifonado, quando houver qualquer desconector ventilado com tubo ventilador individual de 50 mm no mínimo, ligado a esse ramal a 2,40 m no máximo do vaso sanitário (Fig. 2.89). Dispensa-se a ventilação do ramal de descarga de um vaso sanitário ligado diretamente a um TQ, a uma distância máxima de 2,40 m, desde que esse TQ receba efluentes de instalações sanitárias situadas no mesmo pavimento e adequadamente ventilados (Figs. 2.90 e 2.91a). Em casos especiais, ajuízo da repartição competente, pode-se usar o tubo ventilador invertido em vaso sanitário instalado no pavimento térreo, desde que sua instalação satisfaça As seguintes condições: a) esteja ligado diretamente a um coletor predial ou subcoletor devidamente ventilado e a uma distância não superior a 8,M) m destas canalizaçóes (Fig. 2.92a). b) não seja superior a 2,50 m a diferença de nível entre o colo alto do desconector do vaso sanitário e o coletor predial ou subcoletor a que ele estiver ligado (Fig. 2.92b).

212

Insiaiações Hrdráulicas Prediars r Indusfriais

N ã o h6 necesridode de ventilor o R 0 do VS quando LS2,40m

E'

necessário ventilar o R 0 ou o C I auondo L > 2 . 4 0 m

Fig. 2.88 Ventilação de C1 e ramal de ecgotos no pavimento térreo

Ob~wafOes: 1. E dispensada a ventilação do ramal de descarga de um vaso sanitário auto-sifonado ligado através de ramal exclusivo a um tubo de queda a uma distância máxima de 2,40 m, desde que esse tubo de queda receba, no mesmo pavimento. imediatamente abaixo, outros ramais de esgoto ou descarga devidamente ventilados (Fig. 2.91b). 2. Quando nso for possível ventilar o ramal de descarga do vaso sanitário auto-sifonado diretamente ao tubo de queda e não existirem as condições previstas no item anterior, o tubo de queda deve ser ventilado imediatamente abaixo da ligação do ramal do vaso sanitário e executado de acordo com a (Fig. 2.91~).

2.6.9.2 Ventilação de vasos sanitários em série No caso dos vasos sanitários providos de orifícios para ventilação instalados em série ou bateria, isto é. ligados a um mesmo ramal de esgotos, os tubos ventiladores individuais de cadaum deles deverão ser ligados verticalmente a um mesmo ramal de ventilação, o qual deverá elevar-se a partir d o último aparelho, no mínimo 15 cm acima do nível da borda do mesmo, até o ponto de ligação com a coluna de ventilação mais próxima.

Fig. 2.89 Ventilação do ramal de descarga do RS. Pavimentos superpostos.

volvido de A até B, menor que 2,40 m e ramal do RS ventilado.

Esgotos Sanitários

213

Fig. 291a

Fig. 291b VentilqBo sanitária das peças de um

banheiro completo.

Fig. 2 . 9 1 ~

VeniüaçnO em circuito No caso de os vasos sanitários instalados em série ou bateria. nas condiçóes a que se refere o parágrafo anterior, serem do tipo auto-sifonndo, será adotada a ventilação em circuito (VC), devendo para isso ser ventilado o ramal de descarga entre os dois aparelhos sanitários mais afastados do tubo de queda (Fig. 2.32). Na ventilação em circuito a que nos referimos, um tubo ventilador só poderá servir no máximo a um grupo de três vasos sanitários. Os vasos sanitários que excederem de três e até oito. em bateria no mesmo ramal de esgoto, deverão ser dotados, al6m do tubo ventilador de circuito, de um tubo ventilador suplementar, instalado nas condiçóes estabelecidas no parágrafo seguinte. Na ventilação em circuito, quando o ramal de esgoto servir a mais de três vasos, será indispensável a instalação de um rubo ventilador suplementar (VSuJ, desde que, em pavimentos superpostos ao que se considere, exista vaso sanitário ligado ao mesmo tubo de queda. A extremidade inferior do tubo ventilador suplementar deverA ser ligada ao ramal de esgoto, entre o tubo de queda e o aparelho mais próximo, e a extremidade superior ligada ao tubo ventilador decircuito (Fig. 2.32). Para cada bateria de oito vasos contados a partir do mais próximo ao tubo de queda, é exigido um VSu. As colunas de ventilação poderão ser feitas com tubos de ferro fundido coltarizado, ou galvanizado, aço galvanizado, cimento-amianto e PVC. As ligaçóes de tubos ventiladores individuais ou secundários As colunas de ventilaçáo de ferro fundido coltarizado ou galvanizado deverão ser feitas com junções invertidas desse mesmo material.

214


V ln. (Tuba Ventilador Invertida)

"em cajado"

Fiz. 2.92a Vaso sanilário com tubo ventilador invertido.

Fig. 2.92b Altura do ventilador invertido acima do subcoletor.

No caso de colunas de ventilação de cimento-amianto, em lugar de junções invertidas desse material. também poderão ser usados anéis de chumbo em lençol, devidamente ajustados às mesmas nos pontos em que elas devem receber os tubos ventiladores. e rejuntados os respectivos bordos com massa de zarcão.

Emprego do ventilador de alívio Os tubos de queda que recebam descargas em mais de 10 andares devem ser ligados à coluna de ventilação por meio de tubo ventilador de alívio, a cada 10 pavimentos, contados a partir do andar mais alto (Fig. 2.93b). A extremidade inferior do tubo ventilador de alívio deve ser ligada ao tubo de queda mediante junção de 45" em ponto imediatamente abaixo d o ramal de descarga ou de esgoto. A extremidade superior deve ser ligada à coluna de ventilação por meio de junção a 45" colocada a 15 cm, ou mais, acima d o nível de transbordamento do aparelho mais alto servido pelo ramal de esgoto ou de descarga.

2.6.10 Elementos de inspeção Toda instalação predial de esgotos sanitários será executada tendo-se em vista as possíveis e futuras operações de inspeção e desobstrução, quer nas canalizações-internas, caixas de inspeção de gordura e sifonadas, quer nos coletores e subcoletores prediais. As canalizações internas embutidas, ou não, serão acessíveis por intermédio das caixas de inspeção oupeças especiais de inspeçáo. como tubos operculados e bujões.

Esgotos Sanitários

215

Fig. 233b Emprego do ventilador de alívio a cada 10 pavimentos.

Fig. 2.93~1 Desconectores instalados num rebaixo e sobre um teto falso.

Em edifício de apartamentos ou escritórios, todos os banheiros deverão possuir a laje de piso rebaixada de 30 cm no mínimo. em relação ao nível do piso do respectivo pavimento, a fim de permitir qualquer inspeção ou reparo de suas canalizações pela própria economia a que pertencem (Fig. 2.93). Na área rebaixada dos banheiros não deverá haver vigas invertidas que dificultem o assentamento das respectivascanalizaçóes de esgotos sanitários. Alguns municípios permitem o uso do sitão e. em vez de laje rebaixada, empregam o forro ou teto falso (Fig. 2.93a). A preferência de muitos arquitetos e construtores pelo teto falso fundamenta-se na vantagem que advém da rápidaconstatação de um vazamento e da possibilidade de mais facilmente se localizar e determinar a causa. O reparo normalmente 6 feito com maior facilidade e com menos despesa cortando-se o teto falso do que se abrindo o rebaixo de um banheiro, que eventualmente pode ter um piso de mármore difícil de repor. O aspecto injusto do transtorno causado ao vizinho de baixo que não tem culpa do ocorrido fica atenuado pela sinistra possibilidade de que fato semelhante venha a ocorrer com esse mesmo vizinho, o que viria a incomodar aoutro... As convençóes de condomínio deveriam atentar para a aplicação de um justo critério no ressarcimentode prejuízos dessa natureza, ocasionados na maioria das vezes mais pela má especificação dos materiais ou má execução da instalação do que pela sua má utilização. Como a desobsuução do sitão, no caso do teto falso. incomodando o vizinho, é uma aberrante injustiça, pode-se contornar o problema usando ralo sifonado apoiado na laje de concreto em vez do siião. Nesse caso, o ralo deve ter um colarinho soldado, para poder ficar mais baixo em relação ao piso. A distância entre caixas de inspeção e poços de visita não deverl ser superior a 25.00 m (Figs. 2.30 e 2.94). A distância entre a ligação do coletor predial com o coletor público e a caixa de inspeção, poço de visita, ou pe$a de inspeção, mais próximo, não deverá ser superior a 15,00 m (Fig. 2.30). Os comprimentos dos ramais de descarga e de esgotos de vasos sanitários, caixas detentoras, caixas sifonadas e ralos sifonados medidos entre os mesmos e as caixas de inspeção, poços de visita. ou peças de inspeção, instalados sobre esses mesmos ramais, não deverão ser maiores que 10,OO m (Fig. 2.94). As caixas de inspeção, os poços de visita e as caixas detentoras situados em passeios, garagens, ou locais sujeitos a tráfego de veículos, deverão ser providos de tampas de ferro fundido reforçadas. Não deverão ser colocadas C1 ou PV nos recintos das lojas. Em prédios com mais de cincopavimentos, as caixas de inspeção não deverão ser assentes a menos de 2,00 m de distância dos tubos de queda que contribuírem para as mesmas (Fig. 2.94). Quando a C1 ou PV for de junção ou reunião de subcoletores prediais de esgotos, estes deverão penetrar até sua face

216

Instabçr3es Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 2.94 Distâncias maximas dos vasos sanitanos e caixas sifonadas hs C1 e PV,

interna e terminar a uma altura mínima de 5 cm acima do nível mínimo do fundo da caixa, aesta sendo encaminhadas suas contribuições no sentido do fluxo e isoladas por divisores de água. A alara de 5 cm deverá ser computada em relação h calha ~ n n c i ~ asendo l , as contribuições dos subcoletores isoladas umas das outras por divisores de águas (Figs. 2.1 1.2.12 e 2-19). . Nas caixas de inspeção circulares, de concreto armado pré-moldado, são dispensados os divisores de 6guas (formando as calhas) a que se refere esta exigência, desde que o fundo da caixa sejacôncavo e possibilite o completo escoamento dos despejos que a ele afluírem (Fig. 2.11).

2.6.11 Tubo de queda de tanques e máquinas de lavar roupa Nos prédios de dois ou mais pavimentos, nas instalações que recebem detergentes que provoquem a formação de espuma é necessário evitar a ligação de aparelhos ou tubos ventiladores nos andares inferiores, em trechos da instalação considerados zonas de pressão de espuma. Esses trechos são os seguintes:

:@-Ofol1 DESVIO

i

TUBO

HORIZONTAL

D E OUEDA

Fig. 2.95Zonas de pressão de espuma.

~sgotosSanitários

qRELiiA DE I.F. 1.W AQUAS

217

.

0 , z O m P/

P L U V I A I S DA RAMPA.

PLANTA

CORTE

A-A

Fig. 2.96 Instalaçâo típica de esgotos em subsolo.

a) O trecho do tubo de queda de comprimento igual a 40 diâmetros imediatamente a montante de desvio para a horizontal (a), o trecho horizontal de comprimento igual a 10 diâmetros imediatamente a jusante do mesmo desvio (bj e o trecho horizontal igual a 40 diâmetros imediatamente a montante do próximo desvio (c). b) O trecho do tubo de queda de comprimento igual a 40 diâmetros imediatamente a montante da base do tubo de queda (d)e o trecho do coletor ou subcoletor de comprimento igual a 10diãmetms imediatamente a jusante damesma base (e). C) OS trechos a montante (f) e a jusante (gj da primeira curva do coletor ou subcoletor, respectivamente com 40 e 10 diãmetros de comprimento. d) O trecho da coluna de ventilação com comprimento igual a 40 diâmetros, a partir da ligação da base da coluna com o mbo de queda ou ramal de esgoto (h). Consegue-se solução satisfatória usando-se colunas independentes para máquinas de lavar roupa e para tanques. Próximo ao pé da coluna, coloca-se uma caixa sifonada de dimensões grandes ou uma C1 antes da caixa sifonada. Essa C1 ou CS deve ser ventilada, de modo que a espuma que suba pelo tubo, ao sair pela extremidade superior, não caia em local indesejável.

218

1nslalayõrs Hidráulicas Prediais e Industriais

2.6.12 Instalações sanitárias em nível inferior ao da via pública O efluente de aparelhos sanitários e dispositivos instalados em nível inferior ao da via pública deverá ser reunido em uma caixa coletora, colocada de modo a receber esses despejos por gravidade; dessa caixa, os despejos serão recalcados para o coletor predial por meio de bombas centrífugas ou ejetores (Fig. 2.97). Nenhum aparelho sanitário, caixa sifonada, ralo sifonado, caixa detentora etc., deverá descarregar diretamente na caixa coletora, e sim em uma ou mais caixas de inspeção, as quais serão ligadas à caixa coletora (Fig. 2.96). A ventilação da instalação sanitária, situada em nível inferior ao da via pública, poderá ser ligada à ventilação da instalação situada acima do nível do mesmo logradouro. A caixa coletora, que funcionará como poço para bombeamento, deverá ter sua capacidade calculada de modo a evitar a freqüência exagerada de partidas e paradas das bombas, bem como a ocorrência de estado séptico. Deverá também ter a profundidade mínima de 90 cm, a contar do nível da canalização afluente mais baixa, e o fundo deverá ser suficientemente inclinado para impedir a deposiçáo de materias s6lidas, quando a caixa for esvaziada completamente. Além disso, deverá ser perfeitamente impermeabilizada e provida de tampa impermeável aos gases e de dispositivos adequados para inspeção e limpeza. Também deverá ser ventilada por um tubo ventilador primário que vai até acima da cobertura do prédio e é independente de qualquer outra ventilação da instalação de esgoto sanitário do prédio, cujo diâmetro não poderá ser inferior ao da tubulação de recalque. (Art. 4.11.7 da NBR-8160.)

CORTE

I

I

I criapn

DE

I ~ O

Fig. 2.97 Bombas de esgoto, roior imerso numa caixa coletora

Será obrigatória a instalação de. pelo menos, dois grupos de bombas, para funcionamento alternado. As bombas deverão ser de baixa rotação, de rotor imeno e de constmção especial com poucas pás, à prova de entupimento, para águas servidas, massas e líquidos viscosns. O motor fica colocado acima da caixa coletora. O eixo vertical aciona o mtor colocado em caixa em forma de caracol, com abertura de aspiração sem crivo ou qualquer dispositivo que dificulte a entrada do material contido no esgoto. No caso de instalação que inclua vasos sanitários, as bombas deverão permitir a passagem de esferas de 60 mm (2 l i * ) de diâmetro, e o diâmetro mínimo da canalização de rzcalque deverá ser de 75 mm (3").sendo. porém, aconselhado usar tubo de 100 mm. As bocas de aspiração deverão ser independentes, isto é, uma para cada bomba, assim como possuir diâmetros nunca inferiores ao das canalizações de recalque. O funcionamento das biimhas deverá ser automático, comandado por chaves magnéticas. conjugadas com chaves de bóia. As instalações deverão ser equipadas com um dispositivo de alarme que poderá ser comandado pela própria haste, sendo posto a funcionar sempre que as bombas falharem no operar. A canalizaçáo de recalque deverá atingir um nível superior ao do logradouro e nela deverão ser inslalados registro e válvula de retenção. Quando não houver vasos sanitários, não há necessidade de caixa de inspeçáo, e as boiiibas deveráo permitir a passagem de esferas de apenas I8 min de diâmetro. e o diâmetro nominal mínimo da tubula$áo de recalque deve ser DN 30. Em vez de bombas, podem-se empregar ejetores quc funcionam com ar comprimido. São particularmente recomendados nas pequenas instalações, bem como nas instalações de hospitais, ambulatórios etc., onde a presença de certos materiais nos esgotos possa comprometer o bom funcionamento das bombas de esgoto dos tipos mais comuns. Existem, porém, tipos de bombas de esgoto capazes de atender a condições excepcionalmente adversas. A instalação de ejetores dispensará as caixas coletoras, devendo a canalização de tomada partir de uma caixa de inspeção ou poço de visita, aonde irão ter as canalizaçóes de esgotos. O ejetor para esgotos não se assemelha aos ejetores para água limpa que funcionani com água como agente energético. Trata-se de um reservatório metálico ao qual têm acesso os esgotos sanitános. Estes acumulam-se até certo nível quando. pela ação de um pressostato - indicador de nível ou outro tipo de sensor -. se abre a válvula de admissão de ar coinprimido. Ao entrar o ar sob pressão na câmara, fecha-se uma válvula de admissão e abre-se a válvula de retenção na linha dc recalque. A ação do ar, dada a forma apropriada do ejetor, arrasta os esgotos pela tubulação de recalque. Uma vez escoado o conteúdo da caixa, a válvula de admissão se fecha. As canalizações de tomada e recalque deverão ter o diâmetro mínimo dc 100 mni (4"). A instalação compressora deverá ser equipada com um reservatório de ar comprimido de capacidade para três ou mais descargas completas do ejetor. As bombas, os motores, ou compressores, e os ejetores e demais equipamentos deverão ficar instalados em local de acesso imediato e de modo a permitir fácil reparo ou substituição. A Fig. 2.97 representa uma instalação dc duas bombas de poço para matérias fecais. A chapa de aço que cobre a caixa coletora e que suporta o motor eiktrico, além das aberturas que possibilitam a passagem da bomba e da haste dos automáticos da bóia, pode ter outras aberturas que permitam a inspeção da caixa seni a necessidade de desmontar a bomba.

2.7 TRATAMENTO DE ESGOTOS 2.7.1 Natureza da questão Nas instalações de esgotos sanitários prediais que temos considerado, supusçmos que o coletor predial pudesse ligar-se a um coletor público no interior do qual os esgotos teriam a destinação imposta pela municipalidade. Assim, conforme a . ~ circunstâncias, o esgoto seria conduzido a uma estação de tratamento, ou lançado diretamente num rio, lagoa ou mar. Não cabe aqui uma análise dos sistemas de esgotos sanitários para o atendimento de grandes comunidades. O assunto e tratado em profundidade em excelentes trabalhos que serão mencionados na bibliografia, ao final deste capítulo. Consideraremos, então, o caso de n b haver coletor público para coleia dos esgotos prediais, tomando-se necessário proceder a uma depuração ou tratamento, de modo a ser possível lançar o efluente tratado numa galeria de águas pluviais, em valas de drenagem, rios, riachos ou lagoas. Veremos também a conveniência de se procurar a absorção no terreno do efluente traiado previamente, empregando-se valas de infiltru$&o ou, preferencialmente, r~ulusdefiltra(-60, a partir das quais, sem risco, o etluente possa ser lançado num rio ou galeria de águas pluviais. Ao projetista de instalações cabe solucionar os problemas de uma destinação adequada dos esgotos. seja para residências isoladas, seja para edifícios comerciais, residências, indústrias. conjuntos habitacionais e complexos industriais, quando se verifica ainexistência do coletor público. ou quando há esgotos industriais que exigem tratamento antes de sua destinação final. Conforme veremos, nem todos os sistemas de depuração de esgotos domésticos aconselham o lançamento do efluente tratado em valas abertas, sarjetas ou galerias de águas pluviais, uma vez que solucionam apenas parcialmente o problema da eliminaçâo dos agentes patogênicos, microrganismos existentes nos esgotos.

2.7.2 Esgotos a serem tratados Os esgotos que se objetiva tratar são os despejos domésticos. isto é. águas residuárias domésticas. Os esgotos industnais, pela sua enorme diversificação, devem ser submetidos a tratamentos específicos para cada caso de resíduo industrial e evidentemente demandarão estudos especializados e. em certos casos. bastante complexos. O esgoto sanitário fresco contém cerca de 99% de água e possui certa quantidade de matéria sólida em suspensão, além do oxigênio contido no ar dissolvido. Com o decorrer do tempo, o esgoto vai adquirindo um aspecto mais homogêneo, a coloração passa de cinza a preta: a taxa de oxigênio reduz-se e há intensa exalação de odores desagradáveis decorrentes da ação anaeróbia que se processa. Constata-se que a elevada quantidade de sabão lançada nos esgotos, devido aos banhos, abluções, lavagem de roupa e cozinha, confere-lhes uma certa alcalinidade, se bem que existam esgotos com pH na faixa ácida. Como se sabe, os esgotos sanitários contêm enorme quantidade de bactérias. As bactérias coliformes, sempre existentes em grande número, em si não oferecem maior risco, do ponto de vista sanitário, mas quando do tipo encerobactérias . nomlalmente apresentam-se associadas a microrganismos patogênicos existentes nas fezes ou na urina provenientes de pessoas doentes ou portadoras de doenças infecciosas. Assim, representam um indicador da possibilidade da presençadesses microrganismos. Pelo esgoto, portanto, podem ser transmitidas graves enfermidades, como a cólera, a hepatite infecciosa, a tuberculose, a poliomielite, a febre tifóide, a gastroenterite e muitas doenças mais. As bactérias encontradas nos esgotos podem ser de um dos seguintes tipos: Bactério aeróhias. S ã o as quc retiram 11 oxigênio contido n r ~ar, sejadiretamente da atmosfera, seja do ar dissolvido na água. Essa ação bacteriana é chamada oxidação ou decomposiçüo aeróbia. A matéria orgânica sob a ação dessas bactérias é transformada em alimento para as mesmas, processando-se ações bioquímicas com a formação de produtos estáveis. Bactérias anaerobias. Retiram o oxigênio de que necessitam, não do ar, mas através de ações sobre compostos orgânicos ou inorgânicos que contêm oxigênio. os quais perdem, portanto, o oxigênio de suas moléculas. O processo que assim se desenvolve é a putrefação ou decomposição anaeróbia. Bacrériu,sfacuitutivas. Podem viver tanto em meios dos quais possam retirar o oxigênio, como retirar este oxigênio de substâncias que o contêm. As bactérias aeróhias. como vimos, necessitam, para sobrevivere realizar sua prodigiosa multiplicação, poder transformar a matéria orgânica em alimento, oxidando os compostos nitrogenados e carbonados, dando lugar a compostos estáveis. Sem oxigênio não há condição para a estabilização da matéria orgânica existente no esgoto. Essa avidez de oxigênio para atcndcr ao metabolismo das bactkrias e a transforma~ãoda matéria orgânica chama-se Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ou Biochemicul O.xygen Demand (BOD). A DBO é, assim. um índice de concentração de matéria orgânica presente num voluine de água e, por conseqüência, um indicativo dos beus efeitos na poluição. Portanto, quanto maior a poluição por esgotos, maiqr a quantidade de matéria orgânica presente e maior será a demanda de oxigênio para estabilizar essa matéria orgânica. A medida que ocorre a estabilização da matéria orgânica, diminui evidentemente a DBO. Sua determinação se realiza medindo-se a quantidade de oxigênio consumida em uma amostra do liquido a 20" C, durante cinco dias, que simbolicamente se representa por DBO,,,.

DBO,,:. = 320 mgilitro ou 320 ppm (partes por milhão) Significa dizer que os esgotos considerados na temperatura de 20°C retiram 320 mg de oxigênio por litro. Nos esgotos domésticos. a DBOS varia de 100 a 300 mgilitro e, quando o tratamento é eficiente, a redução pode situar a DBO, entre 20 e 30 mgllitro. O grau de tralamento. ou eficiência de tratamento, é a relação expressa em porcentagem entre a redução dos valores dos parâmetros característicos de esgoto, tais como a matéria em suspensão (MS) e a demanda bioquímica de oxigênio (DBO) após o tratamento, e os valores dessas mesmas grandezas para o esgoto bmto, isto é, não-tratado. Quando não se tem meios de realizar a determinação direta da DBO, admite-se para essa grandeza o valor de 54 glhabl dia na elaboração do projeto de uma estação de tratamento de esgotos.

2.7.3 Processos de tratamento Numa insta1ac;ãoconvencional de tratamento de esgotos, realiza-se um processo biológico, isto é, um processo onde se manifesta a ação de microrganismos existentes. nos esgotos. São dois os principais processos: - Digestão do lodo (açio aeróbia e anaeróbia ocorre nas fossas sépticas) - 0.riduçÜo bioldgica (filtros biológicos. lodos ativados, valos de oxidaçüo, lagoas de estabilização etc.). Conforme o grau de reduç5o dos sólidos em suspensão e da DBO. os tratamentos podem se classificar em:

Tratamentos primhrios Removem as impurezas sedimentares, sólidos em suspensão e cerca de 40% da demanda hioquímiça de oxigênio. Esses tratamentos realizam-se nas chamadas estações depuradoras de esgotos, e compreendem: - tratamentos preliminares, tais como o emprego de grades, caixas de areia e desarenadores; - decantação primária: - digestão do lodo, anaeróbia ou aeróbia; - secagem; - remoção e destinação do iodo. Esse tipo de tratamento se realiza (pelo menos em parte) também em: - sistemas compactos do tipo decantação e digestão: - fossas sépticas. Tratamentos secundários ou biológicos São complemeniares aos tratamentos anteriores. e da maior importância. Compreendem aremoção de matéria orgánica por atividade biológica através de: - processo biológico acróbio -oxidação; - processo de lodos ativados - P-NB-570; - decantação secundária ou final; - valos de oxidação; - lagoas de estabilização; - discos rotativos. Consegue-se. com esses tratamentos, uma redução na taxa de coliformes de até 96%.e na taxa da DBO entre 30 e 95%, conforme as características do projeto da estação de tratamento ou do sistema empregado. Os processos biológicos baseiam-se na ação hacteriológiça sobre a matéria orgânica dos esgotos sanitários, que leva à sua estabilização e formação de lodos imputrecíveis, eventualmente utilizáveis como adubos, após tratamento adicional.

Tratamentos terciários Sào realizados coni: - desinfecçiio com cloro; - remoção de complexos orgânicos. Os processos biológicos utilirddos nos tratamentos secundários são das duas naturezas já citadas, isto é: - Aeróhia, com a participação das bactérias aeróbias e. portanto. na presença do ar atmosférico, com um teor de oxigênio livre superior a 1.5 mgll. São mais conhecidos e empregados: A filtração biológica (P-NB-570) Os lodos ativados (P-NB-570) As lagoaa de estabilização Os valos de oxidação As lagoas aeradas Sistema Bio Disc (GEOSAN SIA) Sistema de aeraçào prolongada (FMC-FILSAN) Sistema de aeração profunda (DALGAS-ECOLTEC. Ecologia Técnica LLda). - Anaeróbiu. realizada fora do contato com o ar nos lanques digestores, com a atuação de bactirias anaeróbias e facultativas, que desdobram e estabili~amas substâi~ciasorgânicas complexas. Ocorre em: Fossas sépticas (NB-41) e Lagoas anaeróhias (P-NB-570). Conforme já esclarecido no início deste capítulo, cogitaremos somente das instalações de tratamento de esgotos para pequenos grupos habitacionais. conjuntos habitacionais, indústrias, quartéis, hotéis, hospitais construidos em locais isolados. não servidos por rede pública de esgotos. Nesses casos, pode-se empregar uma das seguinles solutóes: a) Fossas slpticas. b) Insfaiaçóes compnctas, que podem ser baseadas: - no processo de a r r u ~ ã prolongada, o como ocorre no sistema da FMC-FILSAN: - no procr.s.so Bio Disc, onde. em uma unidade fechada provida de discos giratórios, se realiza o tratamento, na sucessão de fenômenos físicos, químicos e biológicos que se processam numa zona de decantação primána e numa Lona biológica. Vejamos algumas inforniaç~ssobrcesses processos.

2.7.4 Fossas sépticas 2.7.4.1 Principio de funcionamento São unidades de tratamento primário de esgotos domésticos que detêm os despejos por um penodo que permita a decantaqão dos sólidos e a retenção do material graxo, transformando-os em compostos estáveis. Constam essencialmente de uma câmara ou unidade de decanrac60, ou srdimenração, e uma de digestão, na qual o líquido cloacal passa pelo fenõmeno bioquímico de digeslüo, que. em resumo. consiste no seguinte: Os microrganismos, no caso as bactérias aeróbias e anaeróbias, que se encontram sempre nos esgotos cloacais, como já vimos, retiram o oxigênio do ar ou das suhstincias orgânicas existentes nos esgotos e decompõem a matéria orgânicanuma ação de oxidação. Nessa ação, o nitrogênio existente no esgoto fresco, nas proteínas e na uréia combina-se com o hidrogênio, formando amônia e compostos amoniacais. Esses compostos amuniacais dão origem aos ácidos nitroso e nítrico, que se combinam com os sais dissolvidos ou em suspensão, formando então nitritos e nitratos, sais minerais, portanto imputrecíveis e em si inócuos (fenômeno de nitrificação). A matéria resultante apresenta-se soh a forma de Iodo ou lama, no fundo da fossa. Fenômeno análogo ocorre com relação ao carbono, ao enxofre e ao fósforo, com a formaqào de carbonatos, sulfetos, sulfatos e fosfalos. Uma outra parte constituída de substâncias graxas leves, mas insolúveis. adquire a forma de uma escuma ou crosta que flutua sobre o líquido cloacal na fossa. Uma terceira parcela é constituída de hidrogênio, o qual é libertado dos ácidos graxos e. se ainda sob a ação dos microrganismos, combina com o oxigênio formando água. Ocorre também no processo a formação de metano (CH" e anidrido carbônico (CO'). A finalidade da fossa é proporcionar condições favoráveis à ação rápida das bactérias aeróbias e principalmente das anaeróhias, e uma fossa será tanto mais perfeita e eficaz quanto mais depressa e integralmente realizar a uansformac;ão da matéria cloacal do afluente em sedimentos ou lamas imputrecíveis e inócuas. permitindo, assim, que o efluente possa, sem riscos de contaniinação e o inconveniente do mau odor, ser lançado num sumidouro, numa vala de infiltração, ou filtração, ou, ainda, num curso d'água. Deve-se observar que « emprego de fussas por particulares deve ser encarado como uma solu$ão incompleta do problema de tratamento, aplicável, evidentemente, quando não existe rede pública de coleta de esgotos, e até que esta exista. Compreende-se que, não sendo uma estação de tratamento completa, as fossas não possuem grades, caixas de areia, ou outros detentores de material não-susceptível de sofrer a ação microbiológica. Por isso, não devem, por exemplo. ser encaminhadas a fossa substâncias gordurosas (que devem ser retidas em caixas de gordura) nem óleos minerais (a serem retidos nas caixas de óleo). Uma excessiva quantidade de detergentes e sabiio pode prejudicar a aqào das bactérias ou destmi-Ias em maior ou menor escala. Por essa razão, alguns projetisias preferem não lançar os esgotos dos tanques de lavar roupa diretamente na fossa, mas numa caixa de inspeção e dali ao sumidouro. Se a fossa for bem dimensionada, esse tipo de esgoto secundário pode ser lançado na fossa. Apesar dessa permissão, é muito comum lanyar na fossa apenas o esgoto dos vasos sanitários, coletando-se os esgotos secundários numa caixa de inspeção, à qual irá ter o efluente da fossa. Mesmo quando a fossa é bem projetada e operada, o efluente ainda tem odor característico devido ao gás sulfidrico e outros gases, e também tem aspecto escuro, contendo bactérias em grande quantidade. Numa instalação dc fossa bem projetada e constmída pode-se conseguir os seguinte? resultados: Remoção de sólidos em suspensão .......................................... Redução de bacilos coliformcs ................................................. Redução da DBO ................................................................... Remoção de graxas e gorduras ............................................

50 a 70% 40 a 60% 30 a 60% 70 a 90%

Como se vê, a reduqão no número de coliformes (e de germes patogênicos, outros bacilos e vírus) é bem menor que o desejável. Por isso, o efluente da fossa deve receber uma destinação na qual não possa ocorrer contaminação de águas de poços. plantações de verduras etc. As condições técnicas mínimas re!ativas à constnição e instalação de fossas sépticas e à disposição do efluente seguem a Norma NB-41 da Associação Brasileira de Normas TCcnicas. Indicaremos algumas dentre as recomendações contidas na citada Norma NB-41, introduzindo algumas observações esclart.cedoras e dados dos catálogos da Sano S.A. Indústria e Comércio, empresa delentora de extraordinirio know-how em todas as questões relativa3 ao tratamento de esgotos e pioneira no ramo. Desinfecçüo do ejluente d i ~fossus s As condições do terreno, tais como suas dimensões reduzidas e solo impermeável, podem tornar inviável o lançamento do efluente da fossa em sumidouros, valas de infiltração ou de filtração, de modo que se terá de lançar o efluente num riacho. galeria de águas pluviais ou sarjeta. Seria recomendável, pelo menos em instalações de certo porte, que se fizesse uma desinfecção do eiiuente da fossa com cloro, numa dosagem da ordem de I0 g de cloro por m' de efluente. Se se tratar de uma instalação de traramento com lamu ativada. basta I g de cloro por m' para se obter a esterilização do efluente. Com a cloração dos esgotos tratados biologicamente, a redução das bactérias pode chegar a 98 e ate 99%.

2.7.4.2 Terminologia Adota-se a seguinte terminologia para os elementos de uma instalação de esgotos por meio de fossa séptica: - Câmara de decantuçüo. Compatiimento da fossa séptica onde se processa o fenômeno de decantação da matéria em suspenção nos despejos. Câmara de digestão. Espaço da fossa séptica destinado à acumulação e digestão das matérias decantadas. - Câmara de escumu. Espaço da fossa séptica destinado a acumulac;ão e digestão das matérias sobrenadantes nos despejos. - Dispositivos de entrada e saída. Peças instaladas no interior da fossa séptica, à entrada e à saída dos despejos, destinadas a garantir a dislribuição uniforme do líquido e a impedir a saída da escuma. - Escurna. Massa constituída por graxas, sólidos em mistura com gases, que ocupa a superfície livre do líquido no interior da fossa séptica. - h d o . Sólidos acumulados c separados da água residuária durante um processo de tratamento, ou depositados no fundo de rios, lagos ou outros corpos de água. - Lado ritivadu (ou ativo). Floco de lodo produzido em água residuária h ~ t ou a sedimentada, formado pelo crescimento de bactérias do tipo zoogléia e outros organismos na presença de oxigênio dissolvido. O lodo é mantido em concentração suficiente pela recirculação de flocos previamente formados. - Lodo bruto. Lodo depositado e removido dos tanques de sedimentação antes que a decomposiçãoesteja adiantada. É também chamado lodo não-digerido. - Lodo recirculado. Lodo ativado, sedimentado num decantador final. que retoma ao início do tratamento, ou para o início da fase biológica de tratamento, com a finalidade de manter uma concentração suficiente de flocos nos tanques de aeração. - Lndo séptico. Lodo de um tanque, ou lodo parcialmente digerido de um tanque Imhoff ou digestor. - Lodo digerido. Massa semilíquida resultante da ação aeróbia ou anaeróbia de digestão das matérias decantadas na fossa séptica. - Lodo fresco. Massa semilíquida constituída pelas matérias retidas no interior da fossa séptica, antes de se inanifestarem os fenômenos de digestdo. - Oxigênio con.~umido(OC).Medida da capacidade de uma água em consumir oxigênio para oxidar a matéria orginica e inorgânica nela presentes. em teste especifico. - Período de armazenamerito. Intervalo de tempo entre duas operaçõescousecutivas de remocão do lodo digerido da fossa séptica, excluído o tempo de digestão. - Período de detenção dos despejos. Intervalo de tempo em que se verifica a passagem dos despejos através da fossa séptica. - Período de digestão. Tempo necessário a digestgo do lodo fresco. - Profundidade útil da fossa. Distância venical entre o nível do líquido e o fundo da fossa. - Sumidouro. Poço destinado a receber o efluente &a fossa séptica e a permitir sua infiltração subterrânea. - Processo de lodo ativado. Processo de tratamento biológico de água residuária, no qual uma mistura de água residuána e de lodo ativado é agitada e aerada. O lodo ativado é çm seguida separado das águas residuánas, tratado por sedimentação e. depois, recirculado para o processo, ou entâo removido, conforme seja necessário. - Tubo de limpeza. Tubo convenientemente instalado na fossa séptica, com a finalidade de permitir o fácil acesso do mangote de sucção da bomba para a remoção do lodo digerido. - Tubulação de d e s c a r ~ u de lodo. Dispositivo hidráulico, convenientemente constniído e instalado na fossa séptica, para descarga de Indo digerido, por pressão hidrostática. - Valas defiltruclio. Valas pn~vidasde material filtrante e tubulações convenientemente instaladas destinadas a filtrar o efluente da fossa séptica, antes do seu lançamento em águas de superfície. Valas de infiltra~ão.Valas destinadas a receber o efluente da fossa séptica, através de tubulação convenientemente instabada, e a permitir sua infiltraçáo em camadas subsuperficiais do terreno. - Volume útil. É a capacidade da fossa calculada pela fórmula indicada mais adiante.

2.7.4.3 Princípios gerais Os despejos domésticos devem ser tratados e afastados de maneira que as seguintes condiçóes sejam atendidas: a) Nenhum manancial destinado ao abastecimento domiciliar coma perigo de poluição. h) Não sejam prejudicadas as condi<;õespróprias a vida nas águas receptoras. c) Nio sejam prejudicadas as condiçües de balneabilidade de praias e outros locais de recreio e esporte. d) Não haja perigo de poluição de águas subterrâneas. e) Não haja perigo de poluição de águas localizadas ou que atravessem núcleos de população ou daquelas utilizadas na dessendentação de rebanhos e na horticultura. f, Não venham a ser observados odores desagradáveis, presença de insetos e outros inconvenientes. g) Não haja poluição do solo capaz de afetar direta ou indiretamente pessoas e animais. Limites de emprego da N u m NB-41: a) Não será admissível o emprego de fossas sépticas para edificações desprovidas da instalação predial de água. h) A Norma se aplica a instalações que recebem despejos de um ou mais prédios, até 75.000 litros por dia.

224


A Norma não se aplica a balneários nem a despejos industriais, mesmo que em mistura com despejos domésticos. d) Não será admissivel o encaminhamentode águas pluviais às fossas sépticas. ej Os despejos que apresentarem condiçóes pre&dicLs ao bom funcionamentodas fossas sépticas ou elevado índice de contaminação deverão ser objeto de estudo especial a ser submetido à autoridade competente. C)

2.7.4.4 Tipos de fossas. Disposição do efluente A Norma prevê o emprego dos seguintes tipos de fossas sépticas: a) De ~âmarassobrepostas.

b) De câmara única e de câmaras em série. Fossas sépticas de cbmnras sobrepostas são aquelas em que os despejos e o lodo digerido são separados em câmaras distintas, nas quais se processam, independentemente, os fenômenos de decantação e digestão.

I

I

C O R T E - A B

C O R T E - C O

OISPOSITIVC

ENTRADO21100

OBS:

Nas fossas com canacidade s u h a 6 . W I. o fundo deverá ser inclinado 3:1 na d;re$%odo~ b dco limpeza Sempre que dfor > 2 000.a fossa le\arS nominimo 2 chanuntr de a&s$. uma sobre o dispositivo & entrad;. e ww sobrc o dc P L A N T A

Fig. 2.98 Fossas dpticas de c&marassobrepostas, imersas -Tipo A.

saida.

Todas as medidas são indicadas cm milimcaw (m)

Esgotos Snnitários

Fig. 2.99 Fossa séptica cilíndrica de câmara única (Sano)

225

226


Fossas sépticas de câmara única são as constiiuídas de um s6 compartimento,no qual se processam, conjuntamente, os fenômenos de decantação e digestão. Fossas s6pticas de câmarns em série são as constituídas de dois ou mais compartimentos interligados, nos quais se processam, conjuntamente. os fenômenos de decantação e digestão. Disposição do efluente O efluente de fossas sépticas poderá ser assim disposto: a) No solo: por irrigação subsupeficial, através de valos de infiltração (Fig. 2.104). b) No solo: por infiltração subterrânea, auavés de sumidouros (Fig. 2.105). c) Diretamente em águas de superfície. E o processo de diluição. d) Em valas defiltrafão, antes do lançamento em águas de superfície (Fig. 2.106). A irrigação subsupeficial (Fig. 2.107), feita através de valas de infiltração, constitui melhor forma de disposição quando: a) Se dispuser de áreas adequadas. b) O solo for suficientemente permeável.

CORTE

-

A0

',

CORTE L

I

C O N T R I B U ~ Ç ~ O D I M E N S ~ E S INTERNAS N C ( litror/dia ) Comprimento

Largura

Im

)

Alturo

75O

1,60

0.80

1.00

1 500 2 250 3 O00

2.30

1.10

1,OO

2,45

1,lO

1,40

3.00

1,30

1,30

4 500

3,15

1.50

1.60

6 O00

3,20

1.50

2,lO

-

CD

I

OBS: Sempre que L for > 2.000 mm. a fossa levará no mínima duas chaminbs de acesso. uma sobre o diswsitivo de entrada e outra sobre a de saída. Nm fossas com capacidade superior a 6.000 I. o fundo dever6 ser inclinado 3:l na direçao do nibo de limpeza.

Fig. 2.100 Fossa séptica de cgmara única (prismaticaretangular).

Esgotos Sanitários

-

T A H P ~ E SOE FECHDMENTO H E R M ~ T I C O

1

CORTE

- AB

I

-1

CORTE

-

C0

PLANTA

OBS:

Sempre que d for > 2 . W mm. a fossa levari no minimo duas chamings de acesso. uma sobre o dispositivo de entrada e outra sobre a de saida. Nas fossas com capacidade rupcrior a 6.W1. o fundo dever6 ser inclinado 3:1 na dire~áodo tuba de limpeza. Todas as medidas s2io indicadas em milímetros (mm).

Fig. 2.161 Fossa séptica de c h a r a única (cilíndrica).

227

228

Instalações Hidráulicas Prediais e Indusfriais

PLANTA

OBS: Sempre que L for > 2.000 mm, a fossa levar6 no mínimoduas chaminds de acesso. uma sobre o dispositivo de enuadae outra sobre.o de saida Nas fossas com capacidade superior a 6.W 1, o fundo deverá ser inclinado 3: 1 na direção do tubo de limpeza.

Fig. 2.102 Fossa séptica de câmaras em série (prismt51ica retangular de três compartimentos).

Esgotos Sanitários

1

CORTE

-

AB

1

CORTE

-

CD

PLANTA

OBS: Sempreque dfor > 2.000 mm. a fossa levar6 no minimo duaschaminds de acesso. uma sobre o dispositivo de entrada e outra sobre o de saída. Nas fossas com capacidade superior a 6.OCüL, o fundo dever6 Fer Inclinado 3:1 na direfão do tuba de limpeza. Toda aí medidas são indicadas em milimems (mm).

Fig. 2.103 Fossa séptica de cãmaras e m série (cilíndrica de dois compartimentos)

229

230

Irrsta!qües Hidrúulicns Prediais e Industriais

i---

4

1 -. 3 0-0 W

-

CI

PLANTA

I

CORTE LONGITUDINAL

CORTE TRANSVERSAL

PAPEL

LEGENDA

DETALHE

00

0fi7

ALCATROAOO

DRENO

FOSSA

OBS: Observada a redugão de capacidade de absorção das valas de infilúsção. novas unidades deverão ser consmidas para recuperação da capacidade perdida. Todas as medidas $20 indicadas em milimemr (mm).

Fig. 2.104 Disposição d o efluente n o t e r r e n o - valas de infilwaqão.

Esgotos Sanitários

I

SUMIDOURO

TAMPÕE

DE

SEM ENCHIMENTO

INSPECI~O DE FECHAMENTO HERMÉTICO 0

SUMIDOURO

600,

COM ENCHIMENTO

1

PLANTA FOSSA

231

D-

PLANTA

DEVE SER MAIOR QUE 3 VEZES O 0 DOS SUMIDOUROS E NUN. CA MENOR QUE S.WOmm.

OBS: Sempre que possível devem ser constniídos dois sumidouros para usa alternado. Os sumidouros serão dimensionados em fun~ãoda capacidade de a k o q ã o do solo. Ohiervada a redqão de capacidade de absor~ãodos sumidouros, novas unidades deverão ser connmiídas oara recuoeracão da caoacidade oerdida. Todas as medidas d o indicadas em milímetros (rnm).

Fig. 2.105

D i s p o s i ç ã o do efluente no terreno

-sumidouro

232

Instalacües Hidráulicas Prediais e Industriais

no ou JETA

OBS: Observando a redução na capac~dadede Filtração destas valas. as mesmas deverão ser desmanchadas uma de cada ver e a sua areia dpve ser bem lavada ou substituída, ap6s a que a vala de f i l m ~ ã o d e v eser novamente posta a funcionar. A rala de filtra~loterá uma extens5.n mínima de 6.W mm por pcssoa cquiualente. Cada fossa deverá ter pelo menos duas valas de filtração. Todas as medidas são indicadas em milímetros (mm).

Fig. 2.106 Disposi~ãodo efluente em águas de superfície - valas de filtração

Esxotos Sanitários

MPO DE

LEGENDA

FOSSA

233

NITRIFICACXO

DETALHE DO DRENO

SANO

OBS: - Observada a redução da capacidade de absoqão das valas de infiltrqão, novas unidades deverão ser constni
Fig. 2.107 Valas de infiltração com irrigação subsuperiicial

234

irisfnlncõ~s Hidráulicas P r ~ d i a i se Industriais

Fig. 2.108 Gráfico para escolha do sistema de disposiçáo do efluente de fossa séptica.

2.7.4.5 Determinação da capacidade de absorção d e um solo Para saber qual a melhor solu$ão a adotar para disposição do efluente de uma fossa séptica, é necessário conhecer as condifões de pemeabilidade do solo. Para a realização de ensaio sumário, o P-NB-41 propõe que se faça o seguinte: "Em seis pontos do terreno que vai ser utilizado para disposição do efluente da fossa séptica: 1") Proceder a abertura de uma vala, cujo fundo deverá coincidir com o plano útil de absorção. 2") No fundo de cada vala abrir um buraco de seção quadrada de 3M) mm de lado e 300 rnm de profundidade. Raspar o fundo e os lados do buraco com a ponta de uma faca ou outro objeto perfurante para que fiquem bem ásperas. Retirar do fundo do buraco qualquer terra solta e encher o fundo do mesmocom umacamada de 50 mm de bnta n" 1 bem limpa. Em seguida, manter o buraco cheio com água durante quatro horas. Adicionar mais água à proporção que ela vai se infiltrando no terreno. Este procedimento farácom que as condições do terreno nos buracos se aproximem dos apresentados em épocas de grandes chuvas. 3") No dia seguinte, encher cada buraco com água, aguardando que a mesma se escoe completamente. 4P) Encher novamente os buracos com r i p a até a altura de 150 mm, marcando o intervalo de tempo em que o nível da mesma baixe 10 mm. Em terrenos arenosos ou muito absorventes. onde a água nos buracos infiltra os 150 mm em menos de 30 minutos, deve-se em cada buraco fazer seis testes de absorção com espaço de 10 minutos entre cada teste. O intervalo marcado para o último teste deve então ser anotado como o verdadeiro. Com os tempos determinados na quarta operação, poderá ser obtida na curva do gráfico acima a capacidade de absorção do terreno em lim2idia.Adotar sempre o menor coeficiente de infiltração. Para sumidouros, fazer a prova em seis profundidades e adotar para efeito de cálculo o menor coeficiente de infiltração." Exemplo: Ao se realizar o ensaio de campo, verificou-se na quarta operação, já referida, que o intervalo de tempo durante o qual o nível da água baixou 10 mm foi de 12 minutos. Entrando-se com esse valor no gráfico da Fig. 2.108, encontra-se a curva num ponto situado na faixa indicada para usar vala de infiltração e ao mesmo tempo se obtém o volume de água capaz de ser absorvida pelo terreno, ou seja, cerca de 32 Vm2/dia.

2.7.4.6 Projeto de uma instalação de fossa séptica Contriburcáo. No cálculo da contribuição de despejos, deverá ser observado o seguinte: a) O número de pessoas a serem atendidas, nunca inferior a cinco. b) O consumo local de água, podendo-se adotar, na falta deste dado, os valores mínimos constantes da Tab. 2.13. C) NOSprédios em que houver, ao mesmo tempo, ocupantes permanentes e temporários, o volume total da fossa será

Esgotos Sanitários

235

Tabela 2.13 I

Prédio

Ocupantes permanentes Hospitais Apartamentos Residências Escolas - Internatos Quart6is Casas populares-mais Hotéis (sem cozinha e lavanderia) Alojamentos provisórios Ocupantes temporários Fábricas em geral (s6 os despejos dom8sticos) Escolas - Externatos Edifícios públicos ou comerciais Escritórios Restaurantes e similares Cinemas, teatros e templos

Unidade

Contibuição/dia (litros) Despejo (C) Lodo fresco (Lf)

leito pessoa pessoa pessoa pessoa pessoa pessoa pessoa

250 200 150 150 150 120 120 80

1,o0 1.o0 1,o0 wJ' 1,o0 1,o0 1,00 1,O0

operário pessoa pessoa pessoa refeiçáo lugar

70 50 50 50 25 2

0.30 0.20 0.20 0.20 0.10 0,02

a soma dos volumes correspondentes a cada um desses casos, sendo o período de detenção usado para ambos os casos o correspondente h contribuição total. Período de contribuição de despejos. Deverão ser considerados os seguintes períodos: Prédios residenciais, hotéis, hospitais e quartéis: 24 horas. - Outros tipos de prédios: os regimes próprios de funcionamento. Contribuiçáo de lodofresco. Na ausência de dados locais, deveráo ser considerados os valores mínimos em litros por dia constantes da Tab. 2.13. Período de deteyüo dos despejos. As fossas sépticas deverão ser projetadas considerando-se os seguintes períodos mínimos de detenção de despejos: a) Fossas de câmara única ou de câmara em série, de acordo com a Tab. 2.14. b) Fossas sépticas de câmaras sobrepostas: 2 horas ou 1112 do dia, para efeito de c~lculo. A cdmara de decantaçüo, nas fossas sépticas de câmaras so~repustas,deverá ter. no mínimo, volume de 500 litros. Período de armazenamento de lodo. As fossas septicas deverão ter capacidade para armazenamento de lodo pelo período mínimo de 10 meses. Período de digestão do lodo. Para efeito de c4lculo,50 dias.

-

Tabela 2.14 Contribuição em litros por dia (C,) (Cx númem de pessoas)

6.000 a 7.000 7.000 a 8.000 8.000 a 9.000 9.000 a 10.000

cima de 14.000

Período de detenqão Em horas Em dias ('i

C e r i e n t e de redupTo de voiumr d r lodo. Considerando a redução de volume de lodo fresco, decorrente do fenómeno de digestão. deverão ser adotados os seguintes coeficientes para o cálculo do volume de lodo a ser admitido: Lodo digerido

R, = 0.25

Lodo em digestão

R? = 0.50

Forma. Recomendam-se as formas cilíndricas e prismáticas retungulares Dimrnsionamrnro dasfossas sépticus de câmaras sobrepostas. No dimensionamenlo deverão ser considerados: a) Volume decorrente do período de detenção dos despejos (V,):

b) Volunie decorrente do penodo de armazenamento d o lodo (V,):

c) Voluine correspondente ao lodo em digestão (V,):

d ) Volume útil de fossas sépticas: V = V,

+ V2 + V3

Onde: = n q e contribuintes C = contribuição de despejos em litroslpessoaldia (Tah. 2.13) C, = contribuição de despejos em litrosldia (Tab. 2.14) T = período de detenção em dias V , = volume decorrente do período de detenção de despejos V: = volume de lodo digerido V , = volume de lodo em digestão T , = período de armazenamento de lodo, em dias T, = período de digestão, em dias L, = contribuição de lodos frescos em litros/pessoa/dia

N

O volume útil mínimo admissivel será de 1.250 1 e) Para as fossac sépticai de forma cilíndrica: r~~

~

, ,

.

O diâmetro ( d )não deverá ser superior a duas vezes a profundidade útil ( h ) f) Para as fossas sCpticas de forma prismática retangular: largura iiiterna mínima (b): 0,70 m relação entre comprimento (L) e largura ( h )

profundidade útil (h) mínima: 1.10 m máxima: 2.50 m A largura da fossa não poderá ultrapassar duas vezes a sua profundidade. g) Detalhes constmtivos de acordo com as 12igs. 2.99. 2.100 e 2.101.

Remopio de lodo digerido. A remoção deverá ser feitade forma rápida, sem contato do operador, devendo para isso ser previsto, na conslrução da fossa, o seguinte: a) Remoção por homhas. Recomenda-se a instalação de um tubo de limpeza vertical, de ferro fundido pintado com epóxi ou de cimento-amianto, tipo esgoto, refo~çado,com 16 rnm de espessura. Este tubo, com diâmetro mínimo de

Esgotos Sanitários

237

0.15 m, ficará com a extremidade inferior situada a 0,20 m do fundo, e a superior a 0,10 m abaixo da tampa de inspeção da fossa, devidamente protegida por bujão, por onde será introduzido o mangote de sucção da bomba (Fig. 7 1121 b) Remoção por pressão hidrostática. Quando as condições locais o permitirem, poderá ser instalado, em substituição ao previsto na alínea anterior. um si& hidráulico com a carga hidrostática mínima de 1.20 m, construído com tubo de diâmetro mínimo de 0,10 m de ferro fundido, ou de cimento-amianto, tipo esgoto, reforçado, com 16 nim de espessura (Fig. 2.1 12). c, Nas fossas sépticas com capacidade para atendimento de descargas superiores a 6.000 litros, 3 inclinação do fundo deverá ser. no mínimo, de 1:3 para o ponto onde se localizar a tuhulação de descarga, tubo ou abertura de limpcza. Tampiies de inspeçáo. Para fins de inspeçãoe eventual remoção do lodo digerido, as fossas sépticiis deverão possuir, na laje de ccbertura, entradas dotadas de tampões de fechamento hermético, cuja menor dimensão em secão será de 0.60 in, devendo ser observado o seguinte: a) Nas fossas sépticas do tipo A (Fig. 2.98), as aberturas de inspeção deverão estar localizadas de fonna a permitir inspeção também da câmara de decantação. h) As aberturas de inspeção deverão ficar no nível do terreno quando a laje de cobertura da fossa estiver abaixo deste nível; deverão ser construídas chaminés de acesso, com diâmetro mínimo de 0,60 m. As fossas com diâmetro ou comprimento superior a 0,200 m deverão ter, pelo menos, duas aberturas. c) A extremidade superior da tubulação de descarga, ou do tubo de limpeza de lodo, deverá ficar em posição coincidente com a abertura de inspeção.

Dimensionamento dos eiementos de disposiqio do efluente de fossus sépticas, por irrigujüu subsuperjicial Essa forma de disposi$ão consiste em distribuir o efluente da fossa séptica no terreno através de tubula$iio adequada e convenientemente instalada. conforme mostra a Fig. 2.107, devendo ser observado o seguinte: a) Em valas escavadas no terreno, com profundidade entre 0,40 e 0.90 m. com largura mínima dc 0,50 m, serão assentes tubos de diâmetro mínimo de O, I0 m, preferencialmente do tipo furado, com juntas livres. espaçadas dç O. I O m. reçobertas na parte superior com papel alcatroado. h l h a de neoprene ou similar. h) A tubulação mencionada acima será envolvida em camada de pedra britada, pedregulho ou escória de coque, sobre a qual deverá ser colocado papel alcatroado, folha de neoprene ou similar antes de ser efetuado o enchimento restante da vala com terra. c) A declividade da tubulação deverá ser de 1:300 a 1:500; quando a tubulação das valas de infiltração for aliiiientada intermitentemente, o que poderá ser feito pela intercalação de tanque fluxível na tubulação do cfluente. os tubos de distribuição poderão ser assentes horirontalmente. d) Deverá haver, pelo menos. duas valas de infiltruqio para disposição do efluente de uma fossa séptica. e) O comprimento máximo de cada vala de infiltração deverá ser de 30.00 m. f) O espaçamento mínimo entre duas valas de infiltração deverá ser de I.00.m. g) A tubulação do efluente entre a fossa séptica e os tubos instalados nas valas de infiltrqáci terá juntas tomadas. h) O comprimento total das valas de infiltração será determinadg em'função da capacidade de absor<;áodo terreno. calculado segundo as indicações constantes da Fig. 2.108, devendo ser considerada como superfície útil de absorção a do fundo da vala.

Dimenswnamento dos elementos de disposição do efiuente de fossas slpticus em cántaras suhierrdnras Essa forma de disposição consiste em distribuir o efluente da fossa séptica no terreno, através de sirmidourr~s.devendo em sua construção ser observado o seguinte (Fig. 2.105): a) Os sumidour»s deverão ter as paredes revestidas de alvenaria de tijolos, asentes com juntas livres. ou de anéis prémoldados de concreto convenientemente furados. podendo ter ou não enchimento de cascalho. pedra britada. coque. com recobrimento de areia grossa. h) As lajes de cobertura dos sumidouros deverão ficar ao nível do terreno: serão de concreto armadoe dotadas de abertura de inspeção com tampão de fechamento hermético, cuja menor dimensão ein seção será de 0.60 m. c) As dimensões dos sumidouros serão determinadas em função da capacidade de absorção do terreno, calculada segundo as indicaçoes constantes da Fig. 2.108, devendo ser considerada como superfície útil de absorção a do fundo e das paredes laterais até o nível de entrada do efluente da fossa. d) Os sumidouros não deverão atingir o lençol freático. Valus dejilrração. A disposição do efluente de fossas sépticas só poderá ser feita em águas de superfície, diretamente ou após tratamento complementar em valas de filtração, ajuízo da autoridade sanitária. A vala de filtração consta de (Fig. 2.106): a) Vala de 1,20 a 1,50 m de profundidade, com 0,50 m de largura na soleira. b) Tubulação receptora com diâmetro de 0,10 m. preferencialmente do tipo furado, assente no fundo da vala com as juntas livres e recobertas na parte superior com papel alcatroado ou similar. c) Uma camada de areia grossa, constituindo a massa filtrante, que recobrirá a canalização receptora. d) Tubulação de distribuiçiáo do efluente da fossa sdptica. com diâmetro de 0,10 m, preferencialmente do tipo furado,

assente sobre a camada de areia, com juntas livres e recobertas na parte superior com papel alcatroado ou similar. e) Uma camada de cascalho, pedra britada ou escória de coque, colocada sobre a tubulação de distribuição, recoberta em toda a extensão da vala com papel alcatroado ou similar. 0 Uma camada de terra, que completará o enchimento da vala. Nos terminais das valas defiltração deverão ser instaladas caixus de inspeção. O efluente da fossa séptica deverá ser conduzido às valas de filtração através de tubulação, com diâmetro mínimo de 0.10 m, assente com juntas tomadas e dotada de caixas de inspeção nas deflexóes. A declividade das t u b u l a ç h deverá ser de 1:300 a 1:500; se a alimentação das valas de filtração for intermitente, o que poderá ser feito pela intercalação de tanque fluxível na tubulação do efluente, as de distribuição poderão ser assentes horizontalmente. O efluente da fossa séptica deverá ser distribuído eqüitativamente pelas valas de filtração. As valas de lilrraçào deverão ter a extensáo mínima de 6.00 m por pessoa ou equivalente, não sendo admi~sívelmenos de duas valas para o atendimento de uma fossa séptica. A infilrração subterrânea, através de sumidouro, poderá ser feita quando: a) O solo for suficientemente permeável. h) As águas subterrâneas, que possam constituir manancial de água potável, estiverem em profundidade conveniente, de modo a não haver perigo de poluição. Sempre que possivel, será recomendada a construção de dois sumidouros para funcionamento alternado. A dispo-ição do efluente de fossas sépticas diretamente em águas de superfície somente poderá ser feita ajuízo da autoridade sanitária competente. A juizo da autoridade sanitária competente, as valas de filtração deverão ser utilizadas para melhorar as condiçoes do efluente de fossas sépticas, antes de sua disposição em liguas de superfície. Materiul. As fossas sépticas deverão ser constituídas de concreto, alvenaria. cimento-amianto ou outro material que atenda as condiçòes de seguranp. durabilidade, estanqueidade e resistência a agressóes químicas dos despejos, observadas as normas de cálculos e execução a eles concernentes. É o caso das fossas de fibra de vidro e PVC recentemente lançadas no mercado. As tubulaçóes deverão ser preferencialmente de material cerâmico-vidrado, cimento-amianto, ferro fundido, concreto ou outro material que atenda às çondiçües estabelecidas anteriormente. A areia. pedra britada. escória de coque e o cascalho, utilizados no enchimento das valas de infiltração e filtração, deverão ser limpos e isentos de matérias estranhas. Execução. A localizaçáo das fossas sépticas e dos elementos destinados a disposição do efluente deverá ser de forma a atender as seguintes condições: a) Possibilidade de fácil ligação do coletor predial ao futuro coletor público. b) Facilidade de acesso, tendo em vista a necessidade de remoção periódica do lodo digerido. c ) Afastamento mínimo de 20.0 m de qualquer manancial. d) Não-comprometimento dos mananciais e da estabilidade de prédios e terrenos próximos. Dos rnemonais e plantas de constmção ou reforma de edifícios localizados em zonas desprovidas de rede pública de epgotns sanitários. submetidos à aprovação da autoridade competente, deverá constar o projeto de instalação para tratamento e disposição dos despejos, devidamente justificado. Fossrr.~pré-.fabriradas. Vimos como se pode, com facilidade e seguindo a NB-41, dimensionar e projetar uma fossa séptica e construi-la. Motivns de ordem econômica e prática poderão indicar a conveniência da aquisição da fossa préfabricada. A Sano S.A. Ind. e Comércio propôs fossas segundo dois sistemas básicos muito conhecidos: As fossas com câmara Imhoff e as fossas com câmara de decantação submersa, sistema OMS (Otto Mohr System). Nas fossas imhujjP(nome de seu inventor, Karl Imhoff) ocorrem simultaneamente a sedimentação e a digestão dos lodos sedimentares. O esgoto penetra na fossa pela abertura de entrada, saindo o efluente depurado pela abertura oposta. Na câmara de decantação, a água se separa dos materiais sólidos. Destes, os mais pesados passam pela abertura inferior da cbmara e vão-se acumula na câmara de fermentação ou digestão, onde sofrem a ação anaeróbia das bactérias, ao passo que os mais leves ficam flutuando como escuma, na câmara de decantaçào. Existem câmaras Imhoff nas quais os gases da digcstiíu siío liberados p u a a atmosfera. e outros em que, por ser a fossa estanque, ficam retidos na câmara. A mistura de gases acumulada, entre os quais se acha o metano, é explosiva, o que deve ser lembrado ao pessoal de m ~ u t e n ç ã o . A Fig. 2.109 mnstra uma fossa cilíndrica com câmara Imhoff. A Tab. 2.15 fornece as dimensóes das fossas Sano com câmara de decantação submersa com capacidades desde cinco até 500 contribuintes. Na Fig. 2.11 1 vê-se a fossa OMS e na Tab. 2.15 são apresentadas as dimensks da fossa Imhoff conforme o número de contribuintes. As fossas com câmara de decantaçáo submena sistema OMS funcionam da seguinte maneira: O afluente entra na fossa pela abertura A - passando diretamente para a câmara de decantacão submersa B, onde o proccss~~ sc realiza em cerca de uma hora e meia. As matérias orgânicas mais leves passam pela abertura superior, sobem até a superfície C da água, onde sofrem a aqâo de bactérias aeróbias, e se transformam em escuma que flutua na superfície da água. As partes pesadas decantam, passando pela abertura inferior até a câmara de digestão, onde então se verifica a ação das bactérias anaeróbias que leva à produção de resíduos mineralizados nitrogenados, que se depositam lentamente no fundo D.

Esgotos Sanitários

._.-_,''

-.--' CORTE

239

C-D

OB S: Todas as medidas são indicadas em milímeuos (mm).

TUBO DE LIMPEZA

VI

V2

-

-

a V3 -

VOLUME DA C ~ N A R I DE D E C A N T A F ~ O VOLUME DE LODO D I B E R I D D

VOLUNE DE LODO EM DIBLSTÁO

Fig. 2.109 Fossa cilíndrica com câmara Imhoff de acordo com a NB-41 da ABNT.

Remoção do lodo ou lama. A remoção da lama mineralizada é feita periodicamente, havendo para isso um tubo de limpeza dentro do qual se introduz o mangote de sucção da bomba. A NB-41 indica um sistema de remoção do lodo por pressão hidrostática, sem necessidade de bomba. Para isso, utiliza um poço auxiliar ao lado da fossa. Como se pode ver na Fig. 2.1 12, a energia de posiçáo é maior na superfície da água na fossa que na saída do tubo no poço auxiliar; quando se abre o registro. a água da fossa desloca-se pelo interior d o tubo até a boca de saída e pode ser recolhida num tambor. O tubo, estando imerso no lodo no fundo da fossa, conduzirá o lodo até despejá-lo no tambor. Sempre que d for > 2.000 mm, a fossa levará no mínimo duas chaminés de acesso, sendo aconselhável, no entanto, a utilização de três assim distribuídas: uma sobre o dispositivo de entrada, outra sobre o de saída e a terceira dando acesso ao tubo de limpeza ou à tubulação de descarga. Deve-se afastar a fossa 15 m de nascente d'água ou de poço de água doméstica; 12 m de sarjeta ou córrego e 6 m de construçáo ou limites de terrenos. Nas fossas com capacidade de atendimento de contribuição superior a 6.000 Vdia, o fundo deverá ser inclinado 3: 1 na direção dotubo de limpeza ou tubulação de descarga. Quando as fossas forem colocadas em locais sujeitos a trânsito de veículos, suas tampas devem ser reforçadas com vigas sob as mesmas. Antes de colocar a fossa em funcionamento, enche-se a mesma com água doce e limpa e, se possível, despejam-se no seu interior 50 a 100

Tabela 2.15 Dimensionamento de fossas Sano cilíndricas com câmara Imhoff baseado na contribuição de ISOLIPES dia de acordo com O P-NB-41 da ABNT

-

üEC

L----l

DA DE

CÂMAR~

VI-VOL@JME

DE

LODO

V4-VOLUME

CORRESPONDENTE

i

LONA NEUTRA

V5-VOLUME

CORRESPONDENTE

h

ZONA DE ESCUMA

V I - VOLUME V P - VOLUME

LODO

DE DECANTA~ÃO DIGERIDO EM D I G E S T ~ O

Esgotos Sanitários

241

<

242


Fig. 2.110 Representação esquemitica de uma fossa para visualizaçáo de seus elementos constitutivos.

CORTE

A-8

OBS: Todas as medidas são indicadas em milimems (rnm).

C O N V E N Ç ~ O:

v,

-

CI] v, Vp

VOLUME DA C ~ M A R ADE D E C A N T O ~ ~ D

VOLUME DE LODO DIWER100

VOLUME DE LODO EM D I O E S T ~ D

Fig. 2.111 Fossa Sano com câmara de decangHo submersa, de acordo com a P-NB-41 da ABNT.

Esgotos Sanitdrios

243

244

Instnlaçõcs Hidráulicas Prediais e Industriais

Esqotos Sanitários

REMOCIO POR PRESSÃO HIDROST~TICI TUBULICAO

DE

DESCARGI DO LODO

ATRAVES DE

rnapões

DE FECHLMENTO

245

REMOFPO PO. BOMBA ~TRAVÉSDE TUBO DE LIMPEZA ~ERMÉTICO

CORTE A.8

FOSSA SEPTICA

OBS: As extremidadessuperiores da tubulqáo de descarga ou dos tubos de limpeza dcuem sempre situar-se dentro de uma das chamints de acesso à forra. Nas fossas com capacidade superior a 6.000 1, o fundo deverá ser inclinado 3: 1 na d i n ç ã o do tubo de limpeza ou da tubula~ãode descarga. Todas as medidas são indicadas em milimetraq(mm). ,

Fig. 2.112 D e s c a r g a ou l i m p e z a d e lodo digerido das fossas d p t i c a s .

246

1nslalações Hidrdulicas Prediais e Induslriais

litros de lodo em digestão, proveniente de outra fossa. Esta última providencia acelerará o funcionamento da fossa. O intervalo máximo entre duas limpezas ou remoções de lodo desta fossa é de 10 meses. Sempre que as edificações possuírem triturador de Lixo, e esse lixo for adicionado ao afluente das fossas, a capacidade das mesmas deve ser aumentada em 50%. Observação: Alguns sanitaristas recomendam que a distância das fossas e sumidouros a qualquer fonte, ou poço de 6gua potável, seja de 20 a 40 m, de acordo com a constituição do terreno e a velocidade de filtração do lençol d'água (que não deve ser superior a 1,20 m por dia). Quando o terreno apresentar dificuldades para a instalação de uma fossa de grande capacidade e profundidade considerável, pode-se associar fossas menores de capacidade total equivalente, em bateria, devendo-se proceder como indica a Fig. 2.1 14, instalando-se caixas de entrada, caixas de derivação e de junção.

I I

O

8

i1 A

1 Ei 91 01

P

2

Q

0

O

Q

L 3

- - - -- - - - - - - - - (LI

ICA

CJS 0

C z I -m I " I a

3

3

I

I C1 C1

C1 C1

C3

I I

I I

0

I Fig. 2.113 Instalagáo de fossas sdpticas

Esgotos Sanitários

BATERIA DE 2 FOSSAS

BATERIA DE

247

11

ENTRADA

Fig. 2.114 Instala$âo & fossas sépticas em baterio.

2.7.5 Estagões compactas de tratamento de esgotos (sistemas conjugados de tratamento) A insuficiênciade espaço e razões de ordem econamica para que se tome possível constmir uma estação de tratamento convencional em ciclo completo com recirculação do lodo ativado, levam os projetistas. quando se trata de instalações de porte pequeno e médio, a optar por uma das chamadas estações de tratamento compactas. Estas estações reúnem, num mesmo conjunto, o tanque de aeração e o de decantação final, podendo haver, ainda, um segundo tanque para digestão aeróbia. Algumas são construídas em concreto armado, e outras em chapa de aço. Proporcionam elevado grau de remoção de limpezas do Iíquidocloacal, superior aoque se alcançacom as fossas; são simples de operare, naturalmente, como o nome está indicando, ocupam pouco espaço. Embora se possa considerar o valo de oxidação como uma estação de tratamento compacta, faremos referência apenas a dois tipos de estações compactas, muitwem uso, e que se baseiam na eficaz ação aeróbia verificada com uma prolongada aeração dos esgotos.

IQProcesso:Aerafão prolongada ou oxidafão total do FMC-Filsan. Equipamentos para Saneamento SIA O projeto básico inclui um sistema de aeração, com um tempo de detenção de 24 horas, e um tanque de decantação final, com um tempo efetivo de 4 horas de detenção. Uma grade de limpeza manual e um triturador permitem a separação dos sólidos bmtos antes da entrada no tanque de aeraçáo. Introduz-se ar (vindo de um compressor) com difusores num tanque de aeração, onde as bactérias aeróbias, em presença do oxigênio do ar insuflado. agem segundo a ação bioquímica, a que já nos referimos. A separação dos sólidos desenvolvida no tanque de aeração 6 efetuada no compartimento de decantação através de sedimentação, e as matérias sólidas são daí bombeadas de volta ao sistema de aeração elou ao tanque de acumulação de lodo. O efluente clarificado é descarregado por uma canaleta que sai do topo do tanque de decantação. Seguindo esse esquema básico, a FMC-Filsan fabrica diversos tipos para atender a vazões desde 30 m3/diaaté 2.000 m3/dia,para atendimento a um número de pessoas igual a 190 e até 12.800respectivamente. A Fig. 2.1 15 mostra esquematicamentecomo se realiza o tratamedto no sistema de aeração prolongada da Filsan. e a Tab. 2.17 fornece os dados para a escolha do modelo, em função da vazão ou do número de pessoas atendidas. O número de pessoas atendidas foi calculado com base numa couhibuição per capita diiria de 50 mg de DBO,.

248

lt~stnlaqõesHidráulicas Prediais e Industriaiç

Iiig. 2.1 15 Esquema básico do sistema de aeração prolongada de FMC-FILSAN para tratamento de esgotos

Os modelos Stepaire e Completaire conferem ao sistema de aeração as vantagens do emprego do sistema de lodos ativado~. A Fig. 2.1 16 mostra uma unidade compacta 801.23.00 executada em chapa de aço. Esse modelo, como se observa pela Tab. 2.17, emprega o processo de aeração prolongada, com vazões que atingem de 30 a 60 m3/dia. A unidade tem seus tanques e compartimentos conjugados e pode ser transportada já equipada e eventualmente poderá ser reutilizada em outros locais, quando se tratar de instalações provisórias, ou quando a rede pública já estiver construida no local onde fora instalada. 2"Processo: Estação compacta de tratamento Bio Disc O Bio Disc é um processo de filtração biológica fabricado no Brasil pela GEOSAN - Equipamentos e Engenharia Ltda., com patentes registradas em mais de 50 países, que proporciona um efluente dentro dos parâmetros estabelecidos pela Royal Comission Standards da Inglaterra. O processo Bio Disc baseia-se na ação de seus discos de material plástico girando com movimento contínuo, em baixa rotação, passando alternadamente através do esgoto (A) e da atmosfera (B) (Fig. 2.117). A s bactérias aeróbias presentes no esgoto são repetidamente expostas ao ar, que Ihes fornece o oxigênio para a realização de sua ação bioquímica nos esgotos. Esses microrganismos digerem a matéria orgânica formando uma substância gelatinosa semelhante à que se produz nos filtros biológicos e que adere à superfície dos discos, criando películas biologicamente ativas.

Fig. 2.116 Unidade compacta FMC-FILSAN. Modelo 801-23.00,para tratamento de esgotos.

-

Tabela 2.17 Modelos d e estações compactas de tratamento d e esgotos da FMC FILSAN

Modelo

DBO, DBO Redugo de Area máx. de Vazão projeto ocupada influente DBO, m31dia kgldia mZ P P ~

Pessoas

aten- . didas*

Potência instalada cv.

DimensBes básicas em melros Compr.

Altura

Larg.

Processo

2 3 3 4

8.9 11.0 12.5 13,3

3 .O 3.0 3.3 3.6

4.5 4.5 4.8 5.1

Aeracão prolongada

Tanques retangulares de concreto

760 1000 1.260 1.520

4 6 7.5 7.5

12,O 12.6 15.0 15.0

3.6 3.9 3.9 4.0

9.0 10.0 10.0 10.9

Aeraçáo prolongada


85 85 85 85 85 85 8s

2.5 60 3.840 5.120 6.400 7.MO 10.240 12.~00

12 I5 25 30 40 50 60

17.7 21.9 23.8 22.7 24.4 24.0 25.0

3.7 4.0 4.6 4.3 4.6 4-6 4.6

12.0 12.0 12.0 18.0 18.0 24.0 30.0

Aeração prolongada


320 320 320 320

85 85 85 85

I90 230 300 380

3 3 3 4

6.2 7.3 9.2 10.7

3.0 3 .o 3.0 3.0

3.0 3,O 3.0 3 .O


Tanques retangulares de chapa de a ~ o unidos

4I 48 56 67

320 320 320 320

R5 R5 85 85

510 MO 760 960

5 6 7.5 10

14 16 19 23

3.0 3 ,o 3.0 3.0

3.0 3.0 3.0 3 .O

800 1.000 1.200 1.600 2.000

80 120 160 2W 240 320 400

101 101 169 169 203 27 1 327

200 200 200 200 200 200 200

90 90 90 90 90 90 90

1.600 2.400 3.200 4.000 4.800 6.400 R.mI

1O 20 25 40 40 50 80

12.0 12.0 15,O 15.0 16.0 19.0 21.0

3.5 5 .O 4,0 5.0 5.0 5.0 5.0

12.0 12.0 15.0 15.0 16.0 19.0 21.0

60 80 100 I20 160 200 240 300

16.8 22.4 28.0 33.6 44.8 50 60 75

12.5 16.3 20.0 25.1 32.6 35.2 42.4 52.7

280 280 280 2x0 280 250 250 250

90 90 90 90 90 90 90 90

330 440 560 670 XW I. l W 1.200 1.500

3 4 5 6 6 8 9 1O

4.2 5,4 6.7 8.4 11.0 12.0 14.0 18.0

2.4 2.4 2.4 2,4 2.4 3.0 38 3 .O

3.0 38 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0

801.20.01 801.20.02 8OI.20.03 801.20.04

30 40 60 80

9.6 12.8 19.2 25.6

40 49

801.2I.01 801.21.02 ROI.21.03 801.21.04

120 160 200 240

801.22.01 XO1.22.02 R01.?>.O3 801.22.04 801.22.05 801.22.06 801.22.07

400 h00 800 1.000 I.2IKJ 1.600 2.tnici

801.23.01 XO1.23.02 ROI 2 3 0 3 801 .23.04

68

320 320 320 320

85 85 85 85

190 250 380 500

38.4 51.2 64.0 76.8

IM1 126 150 163

320 320 320 320

85 R5 85 85

I28 192 256 320 3x4 512 MO

212 263 286 409 439 575 750

320 320 320 320 320 320 320

30 36 48 60

9.6 11.5 15.4 19.2

21 25 30 35

801.2401 801.24.02 801 24.03 801 24.04

80 100 120 150

25.6 32.0 38.4 48.0

803.20.01 803.20.02 803.20.03 803.20.04 803.20.05 803.2006 803.20.07

400

802.20.0 1 802.20.02 802.20.03 802.20.04 802.20.05 802.20.06 802.2007 802.20.08

600

M)


Descrisio

Tanque de aeraçáo retangular cltanque de decantqao circular separado de chapa de aco

Aeraçáo escalonada Estabilização por contato AeraGo prolongada

Tanques circulares de chapa de asa STEPAIRE

Mistura completa

Tanques retangulares de chapa de aqo unidos COMPLETAIRE

250

Instalafões Hidráulicas Predinis e Industriais

Fig. 2117 Sistema Bio Disc. Esquema básico do princípio de funcionamento.

A carga poluente é assim reduzida progressivamente, disco por disco, num ciclo inintempto de purificação. O acionamento do eixo onde se fixam os discos é feito com motor elétrico acoplado a um duplo redutor de velocidade

com engrenagens de sem-fim e coma, que imprime ao eixo de discos um movimento de 0,5rpm. Nas Figs. 2.119 a 2.125acham-se representadas as várias fases que ocorrem no tratamento com o Bio Disc. A unidade fechada é dividida em quatro zonas (Fig. 2.1 18):

Fig. 2.118 Unidade Bio Disc. Partes constitutivas.

a) Zona de decantaçáo primária. b) Zona biológica. C) Depósito de lodo. d) Zona de decantação final. Inicialmente, os esgotos entram na unidade. atingindo a zona de decantação primária (Fig. 2.119). Vejamos o que se passa nas diversas zonas da estação. a) Zona d e decantaçáoprimária (Fig. 2.119). Nelaos sólidos mais pesados se precipitam. O esgoto, agora composto por matéria mais leve em suspensão, passa para a segunda etapa, a zona biológica.

Fii. 2.119 Unidade Bio Disc. Zona de decantação primária.

Esgotos Sanitários

251

Fig. 2.120 Unidade Bio Disc. Zona biolúgica.

b) Zona biológica (Fig. 2.120). Na zona biológica existe uma caiha dividida porchicanas transversais em cinco compartimentos. Aberturas alternadas à direita e à esquerda nas chicanas imprimem ao esgoto afluente um movimento de serpentina, conduzindo-o de compartimento em compartimento. A medida que os discos giram nestes compartimentos em contato alternado com o esgoto e a atmosfera, a carga poluente C reduzida progressivamente, disco por disco, até atingir a zona de decantação final, onde a quase totalidade dos sólidos restantes se deposita (Figs. 2.121 e 2.122).

Flg.2.121 Unidade Bio Disc. Zona de decantação final.

C) Depósito de lodo (Fig. 2.123). Durante o tratamento ocorre o espessamente das películas que se formam na superfície dos discos, sendo normal que se desprendam fragmentos por açHo da gravidade. Os dois primeiros compartimentos têm aberturas no fundo da calha. que permitem a passagem destes fragmentos para o depósito de lodo, cortando desta forma a obsuução da calha. d) Zona de decantaçãofinnl.Somente os dois primeiros compartimentos têm aberturas no fundo. A carga poluente de lodo é progressivamente reduzida e nos três compartimentos seguintes 6 mantida em suspensão por palhetas colocadas rentes aos discos (Fig. 2.124). Os fragmentos passam para a zona de decantaqáo final antes de o efluente ser descarregado (Fig. 2.124). A limpeza do equipamento normalmente é realizada duas vezes por ano, podendo-se retirar o lodo por qualquer equipamento de sucção (Fig. 2.125). A remoção das tampas laterais permite fácil acesso para a operação de limpeza (Fig. 2.125).

Fig. 2.122 Unidade Bio Disc. Açáo dos discos na zona de decantação final.

252

instnlaç8es Hidrdulicas Prediais e Industriais

Fig. 2.123 Unidade Bio Disc. Depósito de lodo

Fig. 2.124 Unidade Bio Disc. Ação das palhetas sobre a carga poluente nos compattimentos de decantação final.

Fig. 2.125 Unidade Bio Disc. Limpeza do equipamento.

Método pam dimensionameiito do unidode Bio Disc modelo MKII Pode-se seguir a sequênciade operações indicadas na Tab. 2.18. Na falta de dados mais precisos, adotam-se, como taxa de ocupasão média. cinco habitantes, por unidade residencial, d e porte médio. Calculados os valores totais e ef, utiliza-se o diagrama de seleção para se obter o tamanho da unidade Bio Disc.

Esgotos Snniiários

253

Tabela 2.18 Vazão de projeto e carga orgânica de projeto em funçáo do número de contribuintes

e restaurante

cantinas)

0.045-0.68

Bares

0.009

0,018

0,0045 1

Quadras de esporte

0,045

0,014

90

(01 vezao

m4dis

(1) Carga

org&niea

MODELO

DIAGRAMA DE SELEÇÁO

254

instala@es Hidráulicas Prediais e Industriais

Eventualmente, os totais e e f poderão indicar unidades de tamanhos diferentes. Como regra geral, 6 mais importante que a carga orgânica esteja dentro do limite da capacidade da unidade selecionada. Se a vazão for substancialmente inferior à recomendada, poderá ser preciso adicionar ggua para obter a diluição necessária ao perfeito desenvolvimento do processo. Esse diagrama indica as cargas recomendadas para cada unidade Bio Disc em função de um efluente final com até 20 mgil de DBO, e até 30 mgil de sólidos em suspensão (padrão da British Royal Commission Standard). A GEOSAN iniciou recentemente a fabricação das unidades Bio Disc Modelo MKII, especialmente projetadas para instalação em tanques de concreto armado substituindo os tanques pré-fabricados em aço, cuja produção foi descontinuada

Na Tab. 2.19, de dados dimensionais, foram indicados apenas os dados referentes aos modelos 200,350 e 500 de linha normal de fabricação. Tabela 2.19 Dados dimensionais

Entretanto, os modelos menores continuam disponíveis, sob encomenda especial, e qualquer modelo pode ser fomecido com tanque de aço opcional. Exemplo: Suponhamos uma fábrica com 500 empregados, com restaurante para 500 refeições. De acordo com a Tab. 2.18, temos: (e) = (b) X (C) (a) (b) (c) (4 Fábrica 500 0,068 0.018 34,00 Restaurante 500 0,013 0,014 6,50 Total

(e)

=m

u> = (b) x (4

u>

9,00 7,00 = 16,OO

De acordo com o diagrama de seleção com os valores acima de (e) e (f) o tamanho da Unidade Bio Disc será o Modelo

- 350.

2.7.6 Tratamento de Esgotos Industriais O tratamento dos esgotos industriais, istoé, sua depuração, de modo apennitir o lançamento nos coletores públicos, ou em águas de superfície. pode constituir-se em problema de certa complexidade, tais sejam a natureza e o volume dos residuosindustriais. A poluição causada a rios. lagoas e ao mar pelos despejos de certas indústrias pode constituir-se em grave risco para a Ecologia e para a própria vida humana. A conscientização da gravidade das conseqüências do indiscriminado lançamento de resíduos industriais in narura, ou mesmo nos coletores públicos, tem levado B criação de entidades públicas que legislam sobre o assunto e fiscalizam o cumprimento daquilo que posturas, regulamentos, normas e leis estabelecem. Podemos resumidamente classificar as substâncias ou produtos que causam a contaminação industrial em: a) Elementos insolúveis, possíveis de se-m separados por processosfísicos:

Esgotos Sanitários

255

- Sólidos em suspensáo, como areias, óxidos, precipitados químicos. - Pastas, msíduos de tinta de impressão (podem exigir também processos químicos). - Materiais flutuantes como gorduras, h'idrocarbonetos não-solúveis e graxas. b) Elementos solúveis, podm possíveis de serem separados por processosfísicos: - Materiais absowíveis como certos corantes, detergentes etc. - Sais separáveis por operação de osmose ou de troca de ions. c) Elementos que necessitam apenas de uma neutralização: Acidos e bases, minerais ou orgânicos, cujos sais são solúveis até certo grau de concentração e não-tóxicos em si mesmos. É um dos casos mais comuns em indústrias químicas. d) Elementos que necessitam uma operação de oxidaçáo-redução: São, por exemplo, os oxidantes ou redutores suficientemente solúveis, como os sulfatos. cianatos e cromatos. e) Elementos separáveis por precipitação: E o caso dos metais, que podem ser precipitados sob a forma de hidróxidos insolúveis dentro de certa faixa de valores do pH (cobre, ferro, zinco, cromo, alumínio) ou sulfatos. fluoretos e alguns ácidos minerais e orgânicos. f) Elementos separáveis porjloculqáo, decantação ouflotação: Ocorre w m substâncias coloidais e produtos emulsionados, como elast8meros, colas, hidrocarbonetos etc. g) Elementos separáveis por desgasificação: Apresentam-se. por exemplo, nos produtos sulfurosos e fenólicos concentrados. h) Elementos que necessitam de tratamento biológico, às vezes complementado com recursos especiais. Neste caso se encontram os chamados compostos biodegraddveis, como são os açúcares, os fen6is. as proteínas e uma grande variedade de substâncias das indústrias alimentícias (leite, fmtas, cerveja, açúcar, couro. iilcool etc.). Como se pode observar, o método de tratamento, a natureza das substâncias a utilizaie sua dosagem supóem o conhecimento das propriedades físicas e quimicas dos produtos a serem tratados, o tempo durante o qual são produzidos e o volume produzido. A tecnologia do tratamento utiliza desde os processos mais simples da decantação, filtração, neutralização, diluição. até os mais complexos e sofisticados tratamentos que certos resíduos industriais requerem. Pode-se dizer que, a rigor, cada tipode indústria exigeestudo especial, pois utiliza processos apropriados e específicos. Em certos casos, combinam-se diversos recursos ou operaçóes para que as taxas e índices fixados pelas normas sejam alcançados.

k

MOTOR

CONCRETO O U A L V E N I I I C

CORTE

CORTE

Fig. 2.1263 Caixa mutralizadora decantadora.

B- E

A-P

256


Já fizemos menção de dispositivos simples utilizáveis em instalações prediais comuns. Esses dispositivos, tais como foram vistos, ou com a introdução de certas adaptações, podem ser também usados na remgáo de resíduos industriais. E o caso das caixas de gordura. caixas detentoras ou interceptadoras, caixas sepaiadoras de óleo, caixas resfriadoras, caixas neutralizadoras e caixas diluidoras. As caixas diluidoras deverão ter seu volume calculado em função do grau de concentração do produto químico a ser esgotado. Deverá ser prevista instalação de água que permita a diluição necessária e para isso pode vir a ser necessário válvula automática para admissão do volume de água requerido. Certos resíduos industriais, para serem removidos e. portanto, para não entrarem nos subcoletores e coletores, devem passar por processos às vezes complexos, onde o conhecimento de Química e Física Industrial C imprescindívelpara uma correta solução dos problemas e das operações mencionadas. Na Fig. 2.126a acha-se esboçada uma caixa neutralizadora-decantadorade tipo simples e muito empregada. Pode ser consuuída em concreto ou alvenaria revestidacom argamassaou pintada com tinta capazes de resistir aolíquido a ser neutralizado.

L B ~ TUBO DE PVC RIGIDO VINILFORT JUNTA ELÁSTICA E B ~ 6 4 411982)

<

I

4

CURVA 45" VINILFORT

150 160 a0 2W 200 510 250 250 630

94 106

4M

110

490

366

3W 450 MO

PB

CURVA 900 VINILFORT - PB

2.625 4.500 8.871

Fig. 2.12ób Tubos e conexões Vinilforida Tigre para coletores de esgoto.

BITOLAS

mm mm ZW L50 200 160 250 150 250 160 3W 150 315 160

SELIM 45" SOLDÁVEL - VINILFOR?

Fig. 2.32óc Tubos e conex&s Vinilfon da Tigre para coletores de esgoto.

DIMENSÕES MASSA mm 414 186 106 44 460 206 140 94 565 286 155 M

m m m m ",r

33m

S4W 9?M

Esgotos Sanitários

257

A neutralização pode ser no sentido de comigir a acidez e, então, em muitos casos se emprega a agua com cal colocada num misturador, ou calcário dolomítico na caixa neutralizadora. Pode-se ter de corrigir a excessiva alcalinidade procedendo-se de forma análoga, usando-se um ácido. Em qualquer caso, a dosagem da substância neutralizadora deve ser calculada em função do grau de acidez ou alcalinidade.Em instalaçóes de cena responsabilidade, acal com água (ou a substância apropriada ao caso) passa por dosadores ou bombas dosadoras antes de ser lançada na caixa neutralizadora. A câmara decantadora, ou decantador, possibilita a deposiçgo do resíduo e dela sai o líquido em condições aceitáveis.

2.7.7 Dimensionamento de pequenas redes de esgotos sanitários Em loteamentos, conjuntos habitacionais, complexos industriais, hotéis, colégios, quartéis e mesmo casas afastadas do coletor público ou do local de tratamento particular e do destino dos esgotos, têm-se que dimensionar os subcoletores e coletores.

2.7.7.1 Dimensionamento de acordo com a NBR-8160183 Tratando-se de instalaçóes prediais, o dimensionamento deve seguir as recomendaç&s da Norma NBR-8160183, que dá os diâmetros dos ramais de descarga em função do número de unidades Hunter e estabelece que os subcoletores e coletores devem ser dimensionados utilizando-se a Tab. 2.7. O número máximo de unidades de descarga a que o subcoletor ou o coletor deve atender, segundo aTab. 2.7, depende do diâmetro e da declividade dos mesmos. A referida Tab. 2.7 fixa os diâmetros mínimos que se devem usar, ate o diâmetro máximo de 400 mm. A Tab. 2.5 fornece as declividades mínimas permitidas. Certas municipalidades permitem coletores prediais com diâmetros de 200 mm (8") e até de 250 mm (10"). Coletores de diâmetro acima de 150 mmpodem oferecer dificuldade de inserção no coletor público, não sendo por isso permitidos em muitas municipalidades. Vejamos com um exemplo como dimensionar um coletor predial segundo a Norma. Vamos supor que tenhamos de dimensionar o coletor de um edifício de apartamentos com 16 pavimentos, seis apartamentos por andar, tendo cada apartamento as seguintes peças: 2 banheiros sociais com 1 vs., 1 lav., 1 chuv. e 1 bidê 1 banheiro de empregada com 1 vs. e 1 lav. 1 cozinha com 1 pia 1 área de serviço com 1 tanque de lavar roupa Teremos a considerar as seguintes unidades de descarga: Nos banheiros: 16 pav. X 6 apts. X 2 banh. (considerando 1 vs., porque é o aparelho de maior descarga) X 6 UH = Nas cozinhas: 16 pav. X 6 apts. X 1 coz. X 1 pia X 3 UH = Nas áreas de serviço: 16 pav. X 6 apts. X 1 área X 1 tanque X 3 UH No apto. do zelador: 1 banh. (com 1 vs.) Total

=

1.152UH 288 288 6 1.734 UH

Pela Tab. 2.7 vemos que teríamos de usar um coletor de 2M) mm (8") de diâmetro e com declividade de 2% (0.02). Devemos examinar a possibilidade de projetar coletores com diâmetro ate 150 mm (6"). Para isso, teremos que usa mais de um coletor. De fato, usando coletores prediais de pequeno diâmetro, pode-se fazer a inserção no coletor público com mais facilidade.

A própria disposiçao dos tubos de queda no edifício a que estamos nos referindo poderia recomendar. por exemplo, o emprego de dois coletores prediais de 150 mm atendendo cada um a 840 UH, dando um total de 1.680 UH. A declkidade a adotar para o tubo de 150 mm deverá ser, no caso, de 2%. conforme determina a Tab. 2.7. Convém lembrar que a Norma, no dimensionamento de subcoletores e coletores, considera apenas o aparelho de maior descarga em cada banheiro. quando se trata de prédio residencial, para o cômputo de número de unidades Hunter de contribuição. Portanto, em cada banheiro, temos apenas 6 UH. Se fosse prédio de escritórios, teríamos que considerar os vasos e demais peças.

2.7.7.2 Cálculo expedito de subcoletores e coletores Existem casos em que se poder6 calcular subcoletores e coletores utilizando-se as fórmulas clássicas de descarga em canalizações de esgotos. Isto ocorre, por exemplo, em complexos industriais. Nestes, existe um horário rígido e de curta duração para o banho de chuveiro dos empregados, alem da possibilidade da ocorrência simultânea de algum lançamento de descarga considerável na rede predial. Observemos, preliminarmente, que no caso das canalizações de esgotos deveremos ter a água trabalhando a seção parcial, isto é, como canal, de modo que existacamada suficiente de ar que assegure condições para a manutenção da aerobiose.

258

Insialações Hidráulicas Prediais e Industriais

Além disso, é necessário uma velocidade mínima de escoamento que possibilite a autolimpeza dos coletores. Para casos de coletores como os que estamos admitindo, supõe-se que o escoamento é processado em regime permanente e uniforme, o que, dentro da ordem da precisão que se pode obter com as hipóteses de vazão dos prédios, é perfeitamente aceitável. Mencionaremos duas maneiras ou metodos simples de proceder no dimensionamento dos coletores prediais. I Método Utilizando as equações clássicas de hidráulica de canais. São duas as equações fundamentais que se empregam:

A equação de continuidade: Q = S . V, e a equação de Chezy V = C &,sendo: Va velocidade média da água no canal; R - o raio hidráulico, igual à razão entre a área S ocupada pela água na seção transversal do canal (encanamento), e o perímetro molhado P.

h I - a declividade = - : L' h - a diferença de cotas entre os pontos considerados; L - a extensão do canal; Co coeficiente de Bazin, função da forma, natureza do material do encanamento e da rugosidade das paredes, expresso por y.

Portanto,

Para coletores de esgoto com os materiais comumente usados, adota-se y = 0.16. Para uma declividade I = 1:1.000, teremos

Na Tab. 2.20, acham-se representados, para diversos diâmetros de encanamento, valores da velocidade e da descarga, para as situações de canal a plena seção, canal com 314 da seção e com meia sqão, considerando a declividade de 1: 1.000. Para outro valor qualquer I da declividade, podem-se calcular os valores da velocidade e de descarga multiplicando-se os valores tabèlados pela raiz quadrada da declividade. Assim. os valores V'e Q' para uma declividade I são:

v.= i.;,:,.,, x Ji Q*= ai:i.miX J7 Convem notar que a declividade nas f6rmulas é dada em "tantas unidades de comprimento por mil". Por exemplo, para a declividade de 0,3% = 0,003, usa-se na fórmula I = 3. Exemplo:

Suponhamos que a descarga a atender seja de 6,8 1.s~'e a declividade igual a 0.7% com a canalização a meia seção. Para I = 0,7% = 0,007 mlm = 7 metros por mil melros, teremos:

Esgotos Sanitários

259

Tabela 2.20 Diâmetro d o coletor da área transversa d e escoamento Dilmeiros

Plena sefáo

Seção a 314. D

Meia s q á o 112. D

mm

"

VI:,, d s

Q,z:zm~

V(r:lmJ ds

100

4

0.22

1.70

0.24

1,54

0,22

035

125

5

0.26

3.13

0.29

2.83

0,26

1.56

150

6

0.29

5.16

0.33

4.66

0,29

2.58

200

8

0.37

11.03

0.41

10.36

0,35

5,51

250

10

0,42

20.50

0,47

18.60

0.42

10,25

300

12

0,48

33.60

0.53

30.40

0.48

16,80

Us

Qn:rm, Us

V ~ : , ,

Q
d s

'

Us

Como a declividade na tabela é de 1: 1.000, a descarga Q que se deverá considerar para entrar na tabela.será

Para esse valor de Q, acha-se para V o valor 0,29 m . s-'. A velocidade real com a declividade de 0,7% será V"= 0.29 f i = 0,77 m scl. Para o valor da descarga de 2,58 i/s, o diâmeho correspondente encontrado na Tab. 2.20 B de 150 mm (6"). Podemos usar também a Tab. 2.21 baseada na fórmula de Bazin. com o coeficiente de mgosidade igual a 0.16. para o cálculo direto do escoamento a meia sepio. Para assegurar a existência de uma camada suficiente de ar no coletor, a altura da Iâmina líquida poderá ficar compreendida entre 20 e 75% do diâmetro do tubo. O valor da altura da Iâmina líquida percentual mínima de 20% corresponde à vazão máxima no início de funcionamentode uma rede, escoando-se com velocidades de 0,50 a 0,60 mis. O valor de 75% corresponde à vazão máxima prevista para a instalação com o desenvolvimento completado. Alguns projetistas adotam como valor inicial 30% em vez de 20%. o que nos parece preferível. Em cálculos expeditos, 6 aceitável adotar o coletor trabalhando a meia seção, se não houver indicações sobre aumento no volume dos esgotos. Existem várias outras fórmulas muito empregadas no dimensionamento de coletores públicos, entre as quais a de Ganguillet-Kutter, Manning (usual nos Estados Unidos), Prandtl-Colebrook e outras.

.

Tabela 2.21 Escoamento a meia seção. Fórmula d e Bazin Declividade o/o

0,l 0.2 03 04 0.5 0,6 0.7 0.8 0.9 1,O 1.5 2.0 3.0

mlkm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 I0 L5 20 30

150 mm

200 mm

(6")

(8")

V mls

Q Ys

0,29 0,41 0,5 1 0.58 0.65 0.72 0,77 033 0,88 0,92 1.13 1.31 I@

2,6 36 4s 5,1 53 6.4 6.8 7.3 7.8 8.1 10,O 11.6 14.2

250 mm (10")

3Oü mm

(12")

V d s

Q 11s

d s

Q 11s

d s

Us

0,36 0.5 1 0,62 0,72 0.80 0,88 0.95 1.01 ],O8 1,13 1,39 1,60 1.96

5.7 8.0 9-7 11.3 12.6 13.8 14.9 15.9 17,O 17.8 21.8 25,l 30.8

0,42 0.50 0,73 0,84 0.94 1.O3 1.11 1.19 1,26 1.33 1.62 1.87 2,30

10,3 143 17.8 20,6 23.0 25.2 27,2 29.2 30.9 32.6 39.8 45.9 56.6

0.48 0.67 0.82 0.95 1,o6 1.17 1,26 1.85 1,43 1,50 1,84 2,14 2.61

17,O 23.8 29,l 33,6 37,6 41.2 44.5 47.5 50.4 53.2 65.1 7x5 92,l

V

V

Q

260

lnstalaç6ts Hidráulicas Prediais e Industriais

2 *Método Utilizando o Projeto de Norma Brasileira ~ - ~ ~ - (Elaboração 5 6 7 do Projeto de Redes de Esgotos Sanitários). A Norma supõe conhecidas a descarga máxima atual Q, e a descarga máxima futura Q,.Pode bem aplicar-se a loteamentos, conjuntos habitacionais, complexos industriais, muito embora seja destinada a redes públicas de esgotos. Adotam-se para altura da lâmina d'água h valores que correspondem a

h, = 0,30 para Q, (máxima atual) [dI

-h2

-

0,75 para Q,(máxima futura)

[dl

Com esses valores entra-se no ábaco da Fig. 2.127 e, escolhendo-se o diâmetro do tubo, seacha na escala à esquerda o

Fig. 2127 Ábaco para cálculo de tubulação pela fórmula de Manning com N = 0,013.

Esgotos Sanitários

261

valor de Q l a . Daí se calcula a declividade I e se verifica pelo gráfico da Fig. 2.128 se, para a descarga dada, o valor se acha entre os limites máximo e mínimo compreendidos entre as duas retas inclinadas.Verifica-se tamMm se a cota do coletor público ou do PV público possibilita executar o coletor com tal declividade. Na prática. conhecem-se a descarga e declividade possível em face do terreno e do nível inferior do coletor público ou do poço de visita da municipalidade. Calcula-se então Q I - h , e no ábaco da Fig. 2.127. com os valores de hld e ~ l f i , determina-se o diâmetro d do coletor. Escolhido o oâmetro do coletor que mais se aproxima do valor obtido com as coordenadas Wd e Ql*, considera-se o valor de Q l d I e vai-se obter o valor corrigido de hld. Exemplo: Admitamos conhecidos: - Descarga máxima atual: Q , = 6,97 Vs = 0,007 m3 . s-' - Descarga máxima futura: Q, = 10,67 Vs = 0.01 1 m3 . s-' - Declividade máxima possível devida à profundidade do coletor público: I = 0,004 Quais deverão ser o diâmetro do coletor e as percentagens de altura da lâmina d'água? Calculemos primeiramente:

Com Q 1 l J Í = 0,11 e adotando W[dl = 0,40, se obtém no ábaco da Fig. 2.127 tubo de d = 0.20 m de diâmetro. Com Q J J ~= 0.17. agora com d = 0,20 m, obtém-se hld = 0,52. No ábaco da Fig. 2.128, vê-se que a declividade I = 0,004 correspondente aos valores Q , = 7 1 . s-' e Q, = 10.7 1 . s - I , se situa na faixa entre as retas inclinadas que dão os valores máximo e mínimo de I para se obter velocidade aceitável. Para calculara velocidade. podemos na Tab. 2.20 entrar com I = 0,001 e d = 200 mm e obter para o tubo a seçãoplena, e,:,.,= 11,031 . s - ' e V = 0 , 3 5 m . s - ' . Para 1 2 0,004, teremos:

,:,

Q t = Q,,

V = V,:,.,

X

4%

X

4%

= j 4

11,03 X 2=22,061.s-' 0,337 X 2

= 0,74 m

. s-I

Poderíamos fazer o cálculo, utilizando o grafico do Prof. José Augusto Martins (Fig. 2.129). Com o valor Wd acha-se a relação entre Q' e Q plena seção. A descarga Q ,' será:

Para V', será 0.87 x V' = 0.87 x 0.74 = 0.64 m , s - '

e para

Os valores se aproximam bastante dos obtidos anteriormente

= 0.4,

262

Instalagõeõcs Hidrdulicas ?rediais e Industriais

Esgotos Sanitdrios

Fig. 2129 Elementos hidrfiulicos da.%çãocircular- organizado pelo Pmf. Jose Augusto Martins.

2.7.8 Cálculo da vazão e m coletores, segundo o P-NB-567 (Elaboração de projeto de redes de esgotos sanitários) A Norma adota a seguinte terminologia: P, = População; P. = População do início de funcionamento do sistema: P, = População de alcance do projeto (quando realizadas as ampliações previstas): q, = quota per capita; q, = quota de início de funcionamento do sistema; qf = quota no alcance do projeto; C = relqão entre o volume de esgotos sanitários recebido na rede de esgotos e o volume de água fornecido população. A Norma adota C = 0,80; k, = coeficiente do dia de maior contribuição de esgotos; k, = coeficienteda hora de maior contribuição; k3 = relação entre a vazão mínima e a média anual. O P-NB-567 recomenda adotar-se: k, = 1,2 k, = 1,2 5 = 0.5 As expressóes a adotar são as seguintes: a) Vazão media anual Q

=C

.0 (71 . 8PJ 6.4 0

b) Vazão média no dia de maior contribuição

263

264


c) Vazão máxima no dia e hora de maior contribuição

d) Vazão mínima anual

Exemplo:

umconjunto habitacionai tem 320 apartamentos de saiae dois quartos e poderá ser ampliado para 420. Quais os valores das vazóes? Podemos considerar cinco moradores por apartamento, de modo que a população do conjunto é de Atualmente: 5 X 320 = 1.600 hahitantes = P, Futuramente: 5 X 420 = 2.100 hahitantes = P. Adotemos C = 0,80 e consideremos o consumoper capita de 200 iihabitantetdia. (Em São Paulo é exigido que se considere 300hahldia.) a) Vazão média anual atual: futura:: b) Vazão média no dia de maior contribuição

atual: futura:

C) Vazão máxima no dia e hora de maior contribuição atual: futura: d) Vazão mínima anual atual: futura:

C' , AS . P, . rl, Vi.,.,. = 86.400

=

n,c

x 2.100-x -?no

86.400

-

I

,

s-,

Observação: Em cálculos aproximados pode-se adotar como vazão nos coletores valor correspondente a 75% da água distribuída, considerando-se separadamente a água de infiltração (O,MX)2a 0,0008 Us por metro de coletor), e supor o coletor trabalhando a meia seção. O Departamento de Obras Sanitárias de São Paulo manda calcular a rede de modo a atender à vazão da hora e do dia de maior distribuição no fim do plano. Calcula-se esta contribuição como 75% de água distribuída (calculando-se a água de infiltração em separado). Considera-se a lâmina líquida a meia seção no fim do plano e velocidade mínima de 0,75 mls. Vazão a considerar Vimos como a Norma Brasileira NB-19 fixa vaiares representativos para a descarga das diversas %as sanitárias, expressos em unidades de descarga, a fim de se dimensionar os coletores. O ilustre Engenheiro Eugenio Silveira de Macedo realizou estudos para determinar os valores das vazões de esgotos em bacias de drenagem residencial e bacias de drenagem industrial e comercial e apresentou, no I Congresso da Associa-

Esgotos Sanitários

265

ção Brasileira de Engenharia Sanitária, uma fórmula empírica derivada da f 6 m ~ l de a Manning para cálculo da descarga em coletores. Com os valores obtidos em numerosas medições na cidade do Rio de Janeiro, estabeleceu a dependência entre o valor da descarga máxima Q,, e o valor da área editicada E. Assim, exprimindo Qd, em litros por segundo e E em metros quadrados, apresentou as seguintes fórmulas empíricas: a) Para áreas de ocupação residencial

b) Para áreas de ocupação comercial

c) Para áreas industriais Q,

= 0,000179 . E (I . s-')

Observação: O P-NB-567 adota para área 100% residencial Q,,, = 0,00025 Vs . m'e para as bacias 100% comerciais ou

industriais Q,,

= 0,00016 Us

. m'

Exemplo: Um complexo industrial tem 18.400 m2de área industrial constmída e prédio de escritórios com 2.200 m2. A descarga atual a considerar no coletor seria dada por: = 3,29 I . S.' Area industrial: 18.400 X '0,000179 Area de escrit6no: 2.200 X 0,000164 = 0.36 Descarga total = 3,65 I . s-' A vazão futura serácalculadado mesmomodo, considerando os novos valores da área edificada E. previstos quando da realização de toda a ampliação prevista para a indústria.

2.7.9 Representação gráfica dos coletores e poços de visita Suponhamos um conjunto habitacional no qual a disposição dos edifícios, as mas e suas declividades indicaram a conveniência de se ter,vários subcoletores ligados a um coletor, o qual lança os esgotos em um PV da municipalidade. Tracemos em primeiro lugar, em escala, o coletor com os PV onde se inserem os subcoletores (Fig. 2.130). Numeremos, na Fig. 2.130, os poços de visita da seguinte maneira: caracterizemos por uma letra (no caso, a letra A) a área servida pelo coletor. O poço de visita a jusante, e que estamos supondo pertencer à municipalidade, será designado A-l por A-1. O primeiro PV a montante, onde começa o coletor, será designado por --. e os seguintes. de montante para I

A-l A-1 A-i jusante, por - - -. 2 ' 3 ' 4 Marquemos as distâncias entre os PV. Indiquemos os trechos de coletores entre os PV.: trecho 1-1; trecho 1-2: trecho 1-3; trecho 1-4. Marquemos o sentido do escoamento, com setas. Organizemos uma planilha para cálculo das declividades, níveis dos PV, diâmetro do coletor e velocidade de escoamento. O cálculo pode se desenvolver começando naturalmente pelo PV no inicio do coletor, com o trecho I- I.

Trecho 1-1 A vazão que nele penetra, vinda dos prédios, admitamos que seja Q = 3 1 . s ' . Experimentemos adotar o diâmetro d = 150 mm e declividade I = 0,007, e vejamos a altura da lâmina d'água no coletor acima da geratriz inferior, que é denominado tirante d'lgiia. Calculemos

Utilizando o gráfico da Fig. 2.127 com esse valor de Q/ $7 = 0,036 e com a curva correspondente ao diâmetro de 150

266

Instalações Hidráulicos Prediais e Industriais

d

C

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8

V?

C

8 m

VI.

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d

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'C).

0

267

Esgotos Sanitários K

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3

A-1 -

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4

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0,007

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15Omm 4,360

t

3

COLETOR 1 TRECHO 1

A- 1

,

4,340

1,976

E Um " Y

"3 1.5 t /r

U>

P V. DA MUNICIPALIDADE

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K

i1 O

2.076

1,s 118

2

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1

L

V

t

-

3.0 1 /.

4.360 (TERRENO1 4.365 loPv 2.734 1 FUNDO W 2,860 COLETOROURV.1

1.5 C/,

Fig. 2.130 Coletor 1. Planta baixa.

mm,achamos no eixo das abscissas a grandeza h/d = 0.33 do valor percenhlal da lâmina d'água relativamente ao diâmetro. Este valor é aceitável, pois no ibaco do P-NB-567(Fig. 2.128) vemos que, para Q = 3 1,s-' e I = 0.007, obtemos um ponto situado enm as retas inclinadas que delimitam o campo de emprego para valores aceitáveis da velocidade de escoamento. Trecho 1-2 Este trecho recebe a contribuição de 3.0 1,s-' do trecho 1-1 e mais 1.5 1.s-' de um subcoletor, de modo que Q 1.s-'. Com

= 4,5

Procedendo de forma análoga à que fizemos acima, acharemos:

Trecho 1-3 Neste trecho, a vazáo será de Q = 7.5 1%'. pois, além do esgoto do coletor 1-2, recebe a contribuiçãode dois subcoletores com 1.5 1.s.' cada um. Com

Trecho 1-4 Neste Último trecho do coletor, Q = 10,5 1,s-I. Adotemos:

268

lnstaiaçües Hidráulicas Prediais e Industriais

Podemos aumentar um pouco a declividade para trabalharmos a meia seção. Entrando com hld e a curva d = 0.15, obtemos no eixo das coordenadas

Na distância de 50 m entre os poços de visita

A-1

-e A-I, o desnível no coletor ser8 de 50 X 0.02 m/m = 1,O m, o que 4

6 um desnível considerável. O poço de visita A-I, que supomos ser o da municipalidade. não permite a entrada nessa profundidade devido às condições de traçado do coletor público, cujo PV se acha na cota 1,976 m.

P-1 e A-1 será dada por 4

2,076 - I, 976 = 0,002. 50 Para essa declividade, deveremos empregar um coletor de maior diâmetro e obteremos uma lâmina d'água reduzida. Assim, fazendo A declividade de que dispomos entre os poços

Com esse valor e d = 0.20, achamos hld = 0,43, valor aceitável, como sabemos, pois se acha compreendido entre 0,30 e 0,75. Para verificmnos os valores da velocidade, podemos usar a Tab. 2.20. considerandoo escoamento primeiramentecomo se o tubo trabalhasse a plena seção e com I = 1: 1.000. Depois, comgiremos a velocidade e a descarga para o caso da declividade adotada (no nosso caso, é 0,007 entre os A-1 A-l A-l p o ç o s e e 0,002 entre e A-I).

. 4

1

4

Com o~gráficodo Pmf. Jose ~ u g u s t o ~ a r t i(Fig. n s 2.129), entrando no eixo das ordenadas com o valor da lâmina líquida hld e seguindo horizontalmente até as curvas da velocidade e da vazão, obteremos no eixo das abscissas os valores de QlQ,,, e VIVD,e,.Daí, acharemos Q e Vpara lâmina d'Agua já obtida. No exemplo que estamos analisando, teremos: a) Trecho entre

A-1 A-1 e-

1 2 Dados: d = 150 mm I = 0,007 V,.,,

= 0,29 m

. s-I

Plçni

h

Com - = 0,33 obtemos d

Esgotos Sanitários

269

A - l A-1 b) Trecho entre -e 2 3 Dados: d = 150 mm I = 0,007 V,

C)

= 0,77m.s-'eQ

Trecho entre

,

,

=

13,62

A-1 e A - l 3

4

Dados: d = 150 mm I = 0,007 Vo,,

= 0,77 m

.s-I e Q , ,

=

13,62

A-l A d) Trecho entre -e 4 1 Dados: d = 200 mrn I = 0,002 V,,:,., = 035 Q,,:l.m, = 1L03 dena

V,

plena

= 0,35 X 1,41 = 0.49 m . s-'

Q,, = 11,03 X 1,41 = 15,55 1 . SC' h

Com - = 0.67, achamos d

Observaçóo: Poderíamos manter a velocidade constante ao longo do coletor, variando a declividade. Num caso como este

não se justificana esse cuidado. Com os valores calculados, temos condição de preencher a planilha. A Fig. 2.131 representa o perfil do terreno e a posição dos PVs. A Fig. 2.132 indica as cotas de fundo dos coletores e PVs e as profundidades dos PVs.

2.7.10 Elaboração do projeto de esgotos prediais A elaboração do projeto de instalaçãopredial de esgotos sanitários para efeito de aprovação no órgão municipal competente depende das exigências, que variam de um município para outro. Embora basicamente o projeto se fundamente na

270

lnstalaç6es Hidrdulicas Prediais e Industriais

Fig. 2.131 Coletor L. Perfil do terreno e localizapáo dos P.V.

Fig. 2132 Perfil do coleior com m o s de visita.

Norma, as dimensões dos desenhos, as escalas, a apresentação de plantas baixas, os diagramas, os detalhes, o selo ou r6tu10 para as anotações de identificação da obra, o nome do proprietário, o nome do autor do projeto de instalações e do instalador responsável pela execução variam. Por essa razão se recomenda, como providência preliminar, obter na repartição ou órgão a que as instalaçóesde esgotos estiverem afetas o regulamento ou as exigências normativas para elaboração do projeto, e o processamento de aprovação do mesmo e das instalações após terem sido executadas. Resumindo e reunindo as exigências básicas para apresentqêo dos projetos nos órgãos competentes de algumas capitais estaduais, podemos indicar o seguinte: a) O projeto deve ser desenhado em plantas de arquitetura na escala 1:50 dos pavimentos que contiverem instalações de esgotos sanitários (cobertura: último pavimento; pavimento tipo; pilotis ou primeiro pavimento; subsolo (se houver) e pavimentos especiais (garagem. playground, mezaninos). Tratandwse de plantas baixas com área muito grande, o desenho pode ser feito na escala de 1:100. Deverão ser apresentados também: -esquema vertical; - planta da situação do prédio (ou prkdios) na escala mínima de l:500.

Esgotos sanitários

271

b) No projeto deverão ser representados: -todos os tubos de queda (TQ) com a respectiva numeração e, no diagrama, a quantidade de vasos e pias ligados a cada um; -a instalação primária de esgotos, ventilação primária e tubos de queda da instalação secundária,com as numerações respectivas; -detalhes das caixas especiais, quando for o caso, em escala de 1:2D; -esgotos pluviais na planta baixa do primeiro pavimento. Nota: Embora algumas entidades municipais ligadas ao saneamento não exijam que sejam apresentados para aprovaçáo os desenhos das plantas dos pavimentos, a não ser dos que contenham subcoletores e coletores prediais. tais desenhos deverão de qualquer forma ser feitos para uso do instalador que irá executar o projeto. No caso de haver instalações sanitátias em nível inferior ao da via pública, cujo efluente deve ser elevado mecanicamente, deverá constar do projeto desenho detalhado, na escala mínima de 1:20, da construção da caixa coletora e da instalação do equipamento elevatório, bem como dados sobre as características deste equipamento. O projeto deverá conter todas as indicações relativas ao material e dispositivos a serem empregados, aos diâmetros das canalizações, bem como o esquema vertical da instalação. Deverá ser assinalada no projeto a localização do reservatório d'água subterrâneo e de poços que aproveitam águas do lençol freático. Convenções No projeto devem ser adotadas as convenções da NBR-8160/83 para diferenciar as várias instalações, isto é: a) instalaçóes de esgoto primário: mço preto cheio, grosso; b) ventilação; ponteado; C) instalação de esgoto secundátio: tracejado, preto; d) instalação de esgoto pluvial: linha preta, de traço e ponto.

Dimensões das pranchas Geralmente as dimensões das pranchas obedecem (ou deveriam obedecer) ao que recomendam as Normas Brasileiras NB-811970 e P-NB-4311960. Tamanho mínimo de cada prancha: - largura -370 mm (já incluída margem de 10 mm) - altura - 297 mm (já incluída margem de 10 mm) Tamanho máximo de cada prancha: - largura - 1,295 mm - altura - 891 mm Deve ser reservado um espaço de 185 mm X 297 mm, na parte inferior direita da prancha, para as anotações das referências necessárias a identificação da obra, seus responsáveis, as indicações e esclarecimentos técnicos para melhor interpretação.

2.8 PROJETO DE UMA INSTALAÇÃO DE ESGOTOS As fipuras de 2.133 a 2.139 representam as instalações de esgotos sanitários e águas pluviais de um predio no Rio de ~aneiro,Com12 pavimentos, possuindo lojas, dois ap&amentospor andar, garagem e apartamentos de zelador. O projeto prevê a execução da instalação dos esgotos primários em tubos e conexões de ferro fundido; esgotos secundários. em PVC, e as colunas de ventilação em fihmcimento. A Cia. Siderúrgica Barbará S.A. apresenta em um de seus catálogos uma solução para a instalação de esgotos em um banheiro eliminando o ralo sifonado e propondo uma coluna secundária para todos os aparelhos, com exceção do vaso sanitário, que esgotará num tubo de queda independente. (Figs. 2.140 a. b e c). As tubulações de água e esgoto ficarão num shaji, em forma de coluna, construido de placas removíveis. O conjunto funcionajunto à parede completamente independente dos apartamentos vizinhos.

SALP

SALA

Fig. 2.133 Instalações de esgotos -pavimento tipo 2' ao 12Qpavimento.

~ ç g o t o çSanitários

273

274

Instalações Hidráulicas Prediais e Indrrstriais

~sgotosSanitários

275

276


Esgotos Sanitários

277

g2. o

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COZINHA

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DETALHE DE ESGOTO COZINHA c A. SERVIÇü

Fig. 2.139 Instalaçóes de esgotos -cozinha e área de serviço.

Esgotos Sanitirios

Fig. 2.140a Instalação usual.

279

Fig. 2.140b Solução proposta pela Barbará.

Fig. 2.140~Materiais empregados nas instalaqões dos banheiros conforme sugestão da Barbará.

Normos BmsileVns NB-281 - Execução de redes coletoras enterradas de esgotos com tubos e conexões rígidas de PVC de seção circular. NBR-8160183 - Instalação predial de esgoto sanitário. NB- 19 - Instalqões prediais de esgotos sanitários (substituída pela NBR-8160). P-NB-570 - Elaboração de projetos hidriulico-sanitáriosde sistemas de tratamento de esgotos sanitários (1975). P-NB-568 - Elaboração de projetos de interceptares de esgotos sanitários (1975). P-NB-566 - Elaboração de relatório preliminar de sistemas á espotos sanitários (1975). NB-265-75 - Rede de esgotos por gravidade. NB-37-61 -Coletores de esgotos sanit&os. NB-41-63 - Norma para construção de fossas septicas. P-NB-589 - Elaboração de projetos de elevatórias e emissários de esgotos sanitários (1975). P-NR-567 - Elaboração de projetos de redes de esgotos sanitários (1975). NBR-7229 -Construção e instalação de fossas sépticas e disposiçáo dos efluentes finai bcedimento.

280

Inçtolnções Hidráulicas Prediais e Industriais

L l v m c publicsçk GONDIN, José Cleanto C. Valos de oxidiição oplicodos o cgoros domésticos. Conv&niosBNWABES e ABESICETESB 1976. JORDÁO, Eduardo Pacheco. A exprri8ncin do rrotomenro biolhgico no indústria químico eperroquímico.'2 Seminario dc utilidades. IBP. Nov. 1977. GOMEZ, Elihon Thomd. Orienta$ãoãopara o dimensionomrnro de redes coleroras com auxílio de computodores IOP Congresso Brasiieim de Engenharia Sanitária e Ambiental. ~ a i a u sJaneiro . 1979. N E T O , José M. de Arevedo e outros. Sistemos de esgotos sonirários. SP. CETESB-BNH-ABES, 1977. CREDER. Hblio. 1n.croiacões hidráulicos e sanitárias. LTC - Livms Técnicos e Científicos Editora S.A. 2' ediczo. GARCEZ; Lucas ~ a ~ u c iElemenros k. de engenharia hidráulica e sonitdrio. Edit. Edgard Bliieher Lida. 1976. ' HAMMER, Mark J. Sistemos de ahtecimento dedguo e esgotos. LTC - Livms Técnicos e Científicos Editora S.A.. 1979. JORDÃO. Eduardo Pacheco e PESSOA, Consunrino Amda. Tratamento de esgotos domésricos. SP. CETESB-BNH-ABES, 1975. DACACH. Nelson Gsndur. Saneamento básico. LTC - Livros Tecnicos e Cientificos Editora S.A.. 1979. MACINTYRE. Archibald Jaseph. Insraia~Cee~ técnicas. IBVolume, 1961. PAES LEME, Francilio. Planejamento e projeto dos sistemas urbanos de esgornr snnirários. Convênios ABESIBNH e ABESICETESB. 1977. BRAILE. Pedm MArcioe CAVALCANTI. Jose Eduardo W . A. Manualde rraromentode águas residuárias industriais. Convênios ABESIBNH e ABESI CETESB. 1979. Catilogos AVIQUEI - Acumuladores Hidráulicos. ComoanhiaMctalúreica Barba&S.A. companhia ~ansenyndustrialTubos e Conexões Tigre. Sano S:A. Indústria e Comércio. Bmilit S.A. - Rodutos de PVC e Cimento-amianto. Docol - Ind. c Corn6rcio S.A. (Válvulas de descarga). Fabnmar S.A. (V&lvulasSiltnt-flux). Metalúrgica Oriente S.A. (Váivulas Oriente Super). Meialúrgica Mar S.A. (Válvulas Hydra e Super-Mar). Fundi~ãoVit6ria - P c p s potencial de ff para esgotos. P o l y m S.A. Ind. c Comércio -Tubos e conexães. Metalúnica Briant. Miiniana. I~ndúrtriac C o m h i o . Raulder Equipamcnw, Induruiais Ltda. kdbiarh. C'oitiCrtio c Fabficqàn dc Produtos Fikrglass Llda. Tigrefibra Industrial S.A. Pulvitec Indbst5a ecomercio Lida. FMC - Filran Equipamentos para Saneamento. Moita, Indústria e Com6rcio (Ralos). ATAG -Tratamento de Agua e Saneamento Ltda. GEOSAN -Equipamentos e Engenharia dc Saneamento Ltda. Dalgas -E m l m --EagiaTécnica Ltda. Tratamento de esgotos. Ancobras - Anticmsivos do Brasil Ltda. Cimentos sint6ticos Keranol. SIKA S.A. Reduto% químicos para consm~ç%o. DECA -Duratex S.A.

-

~~

Águas Pluviais

3.1 CONSIDERAÇÕESGERAIS O estudo da precipitação pluvial visa obter dados para o projeto de meios de coleta e condução das águas de chuva o mais rapidamente possível aos cursos d'água, lagos ou oceano, com o objetivo de evitar inundações em edificações. logradouros públicos ou outras áreas. Constitui um capítulo da Hidrotécnica, também chamada Engenharia de Recursos Hídricos. O esgotamento pluvial é objeto específico da Hidrotécnica Urbana ou, como modemamente se diz, da Engenharia de Drenagem Superficial. Esse ramo da adrotécnica evidentemente abrange uma ampla faixa de aplicação de estudos hidrológicos e hidrotécnicos, que vão desde a obtenção de dados pluviom&icos, o estabelecimento da equação de previsão das chuvas e o estudo das bacias contribuintes até o dimensionamento e projeto das redes de escoamento de águas pluviais (coletores e galerias) e das estruturas hidrániicas singulares (bueiros, pontilhões, bocas-de-lobo etc.). A abordagem da questáo sob essa ampla e profunda visáo não é, evidentemente, o escopo do esgotamento de águas pluviais, encarado sob a perspectiva de instalações hidráulicas no sentido em que esta geralmente é tomada e que aqui adotamos. Aos interessados em ampliar e desenvolver estudos desse impnrtante campo da Hidrotécnica, recomendamos o excelente tratado Engenharia de Drenagem Supe@cial(l978), de autoria do ilustreh o f . Paulo SampaioWilken, nome conhecido por quantos se interessam pela Engenharia Hidráulica e Saneamento Ambiental. No presente capítulo, consideraremos dois casos que se enquadram dentro do âmbito das atribuições de quem elabora projetos de instalações. a) Esgotamento de águas pluviais de áreas relativamente pequenas e de certo modo isoladas e independentes, como telhados, terraços, pátios, áreas de estacionamento etc. b) Drenagem superfiial de áreas maiores, de m6dia extensão, como loteamentos, conjuntos hab'itacionais, complexos fabrise industriais,onde existem armamentos patticulares ligados ou incorporadosao sistema viário da municipalidade. Como já tivemos oportunidade de assinalar quando do estudo do esgotamento sanitário das consmções, a maioria das cidades brasileiras possui o sistema separador absoluto em sua rede pública e, como conseqüência, também o esgotamento separado para as águas servidas e pluviais, no interior das edificações. Neste sistema, que é o mais aconselhável e obrigatório por normas e regulamentos, embora em alguns casos menos econômico, existem redes independentes para os esgotamentos sanitários e pluviais, disso decorrendo duas vantagens principais decisivas: 1 9 Evitar que, por ocasião das chuvas fortes, os condutores, trabalhando a plena seção, determinem o sifonamento dos desconectores e, como conseqüência, permitam o acesso dos gases do sistema primário ao interior das habitações. 22) Evitar a diminuição da seção de vazão do coletor, com sua eventual obsuuçáopelaformação de depósitos e incmstações nas paredes do coletor. De Fato, no sistema unitário, se os coletores de esgotos sanitários tiverem que ser projetados e dimensionados, prevendo o esgotamento de chuvas fortes, deverão ter sua seção transversal muito aumentada. Por ocasião das épocas mais secas, esta ampla seção servirá apenas para o escoamento de esgotos sanitários com baixa velocidade, permitindo a decantação das matkrias pesadas e a formação de depósitos aderentes nas paredes dos coletores.

282

Instalaçaes Hidráulicas Prediais e Industriais

regido pelo Rojeto NB-611fl9 da ABNT: Instalações Prediais de Aguas Pluviais. A instalação de esgotamento de bguas pluviais em prédios de qualquer porte, pátios e áreas limitadas pode abranger dois casos: Os elementos que constituem a rede de esgotos pluviais em questão acham-se acima da galeria do logradouro público ou da sarjeta, e, nesse caso, por gravidade, as bguas são conduzidas até esses locais. - Os elementos referidos encontram-se em cota inferior h do coletor ou do poço de visita pública. Toma-se necessirio construir um poço de águas pluviais e bombear a água até uma caixa de passagem, de onde, por gravidade, possa escoar ate a galeria pública. Consideraremos o primeiro caso. As águas de telhados, terraços. áreas e terrenos são conduzidas por escoamento natural para o coletor da via pública, caso este exista, para a sarjeta ou, ainda, para alguma vala, canal ou curso d'água que passe próximo do local a esgotar. A Fig. 3.1 mostra como se executa. em muitos casos, o esgotamento das águas pluviais de um prédio cujo alinhamento da fachada se acha no passeio. No caso. vemos dois condutores AP-1 e AP-2 trazendo a água.de uma coberiura e pennitindo seu despejo nas caixas de areia CA-1 e CA-2, de onde é feito o lançamento numa caixa de ralo na sarjeta. A NB-611 se refere apenas a águas pluviais em coberturas e demais áreas associadas do edifício, tais como terraços, pátios, quintais e similares. Não se aplica a casos onde as vazões de projeto e as características da área exijam a utilização de bocasde-lobo e galerias.

-

CONDUTOR OE i(b"A* PLUVIAIS

AFASTADA 00 6 U N H M I I I O

COLETOR DE s3OUAI PLUVIAI3 C A I X A DE I A L O

CORTE

Fig. 3.1 Esquema de ligação de coletores prediais de Bguas pluviais,

Aguas Pluviais

283

3.2.1 Estimativa da precipitação pluvial No caso que estamos considerando, procura-se simplificar a questão do estabelecimento da intensidade da chuva, que deverá ser prevista para o dimensionamento de calhas e condutores. Para áreas maiores como as de loteamentos, devem ser feitas consideraçóes que conduzam a uma maior exatidão no projeto, o que faremos oportunamente. Com base em dados pluviométncos locais, procura-se conhecer as chamadas chuvas cn'ticca, isto é, as de pequena duração mas de grande intensidade. A experiência tem mostrado que, normalmente, as chuvas de curta duração são de grande intensidade e, aocontr8n0, as chuvas prolongadas sáo de menor intensidade. Como ralos, calhas e condutores recebem essa precipitaçáo, devem ser dimensionados para as chuvas intensas, de modo que, integralmente e em espaço de tempo muito pequeno, as águas sejam drenadas, evitando que ocorram alagamentos, mnsbordamentos e infiltraçóes. A precipitapio é expressa por sua intensidade, a qual é medida em milímetros de altura d'águapor hora. No caso de grandes áreas, como veremos mais adiante, alem de se considerar a infiltração de paite da água pelo solo nãopavimentado, há que se levar em conta que decorre certo tempo para que as águas cheguem aos ralos e bocas-de-lobo. Costuma-se considerar como chuva crítica, para esse gênero de estimativa pnidente, a chuva de 150 mmh. É evidente que, para achar a vazão aesgotar, temos apenas que multiplicar a área sobre a qual cai a chuva por esse valor de intensidade da mesma. Chamando de S a área (ml), p a precipitaçáo (mmh),para a vazão Q em 1 s-I, teremos:

.

Q=-

vazão de projeto

3.m

Para 1 m2de área de telhado ou terraço no caso d e p = 150 mmh

*=

3-60"

= 0,042 Vs por melm quadrado = 2,52 Vmin por metro quadrado

Essa taxa 6 geralmente a que se considera, pelo menos para áreas de até 100 m2. Para locais em que os índices pluviométricos são extraordinariamente elevados para chuvas de curta duração, tem-se adotado 170 mm/h, e onde a extrema segurança é necessária, como no caso dos acessos estações subterrâneas do meírô, adota-se no cálculo de drenagem 3.6 Vminlm2,o que corresponde a 216 m d .

3.2.2 Calhas e canaletas Nos telhados empregam-se calhas que, conforme o detalhe arquitetônico, podem ser de cobre, cimento-amianto, PVC rígido, chapa galvanizada, fiberglass e concreto. Em áreas e pátios, recorre-se, As vezes, a canaletas abertas ou recobertas com grelhas, tampas de concreto armado ou feno fundido. As calhas de cobre são usadas mais em residências com telhados cujo estilo recusa outro tipo de material. As curvas. derivações, bocais, esquadros e luvas são fabricados geralmente no próprio local da obra, por funileiro. A fixação é feita com braçadeiras de ferro ou "cambotas" de madeira. Calhas de chapa de ferro galvanizado são desaconselhadas por serem rapidamente destmidas em locais de ar salitrado. Em instalaçóes indushiais são largamente usadas as de cimento-amianto. Encontram muita aceitaçlo as calhas de PVC rígido e de fiberglass, pelas conhecidas propriedades que esses materiais possuem e pelo bom aspecto estético que oferecem. E o caso da calha Tigre, da Cia. Hansen Industrial. que fabrica, em PVC de cor cinza, calhas, frisos, bocal para ligar o condutor, suporte e uma série de peças de concordância; e da calha Durana, de fiberglass. A Hansen também fabrica a linha Aquapluv Beiral, com toda a variedade de conexóes para calhas e condutores.

3.2.2.1 Dimensionamento das calhas Podemos calcular as calhas por meio de fórmulas da hidráulica de canais, ou usar tabelas e ábacos que, evidentemente, foram calculados por fórmulas a partir de hipóteses quanto à precipitação pluvial. Emprego das equações clássicas de hidráuika dc canais O cálculo pode ser realizado tal como vimos no item 2.7.7.2 do capitulo Esgotos SanitBnos, w m as equações de continuidade Q = S. V e de Chezy V = C f i ou então com a da Manning-Strickler

284


onde V = velocidade de escoamento, em m . s-'. R = raio hidráulico ou raio médio = razão entre a área transversal de escoamento molhada e o perímetro molhado. I = declividade, em m/km ou mm/m = altura disponível. compnmento da calha n =coeficiente de mgosidade, considerado como igual a 0,012 para calhas de material liso. K = 60.000 S = seção molhada (m2) Calhas ou canoleras de seção semicircular. Considerando a calha semicircular de raio r trabalhando a plena seção, o raio hidráulico R d dado por

Com o valor de r se calcula o raio hidrhulico R. Tendo-se r e conhecendo-se o coeficiente de mgosidade n e a declividade I, determina-se a velocidade V. Pela equação de continuidade Q = S.Vse obtém a descarga Q. Dividindo Q (mL S.') pela precipitação expressa em Us/m2,acha-se a área de cobertura ou terreno drenada pela calha. Exemplo: Qual a área que poderá ser esgotada por uma calha semicircular de cimento-amiantode 15 cm de diâmetro, sendo a declividade da calha de 1%. o coeficiente de mgosidade igual a 0,013 e a precipitação de 0,042 Yslm2? Temos: r = 0,150 m + 2 = 0,075 m i = 1%=0,01 n = 0,013 Q= 0.042 Vs/m2= 0.000042 m31dm2 Raio hidráulico: R = i = 0,0385 m 2

Velocidade: Descarga:

Q = S . V = ( & li) .r )

V =

3.14 x 0.075' x 0.569 2

= 11.0050 iri'

. s'

Área drenada:

A Tab. 3.1 foi calculada pela f6mula de Manning, tal como fizemos para a calha de 6" de diâmetro. É aplicável a calhas de cimento-amianto. O coeficiente de mgosidade n adotado foi um pouco menor que o adotado no exemplo anterior. Observação: Para calhas de beiral ou platibanda, 6 conveniente aumentar a vazão estimada de projeto, de 15 a 20%. para levar em conta as mudanças de dire@o do condutor vertical ligado à calha e a localização de sua inserfão na calha.

Calhas ou canoleias de seção retnngulor As calhas de concreto fundidas no local em geral são de seção retangular, por serem de execução mais simples. Da Fig. 3.2, podemos escrever:

Perimetro molhado Raio hidráulico

Exemplo: Sejam b = 200 mm i = 1% Q = 0,042 Yslml a = 145 mm n = 0.02

285

Aguar Pluviais Tabela 3.1 Dimensões de calhas semicirculares Declividade da caiha semicircular

h a drenada, superfície projetada em (m2) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 I60 170 180 200 250 300 350 400 450 MO 6M)

s

D

s

50 70 80 95 110 120 135 145 155 170 180 190 200 210 220 230 240 255 300 340 380 420 460 490 560

0,12 0,14 0.16 0.16 0.18 0.19 0,19 0,19 0,20 031 0.22 0.22 0.23 0.23 0,24 0.24 0.25 O26 0.28 0,30 0,31 0,33 0,34 0,36 0.38

45 60 70 85 95 105 115 125 135 145 155 165 I70 180 I90 200 205 220 260 295 330 365 395 425 485

1%

0,5%

02%

02%

D I S 11 13 14 14 16 16 17 18 19 19 20 21 21 22 22 23 23 24 26 27 29 31 32 33 35

D 40 50 60 70 80 9fJ 100 105 115 120 130 135 145 150 160 165 I70 L85 215 245 275 305 330 355 405

0.11 0.12 0.13 0,14 0,14 0.15 0.16 0.16 0,17 0.18 0.18 0.19 0.19 0,20 0.20 0,2l 0.21 0.22 0.24 0.25 0.27 0.28 0.29 0,30 0,32

I

s

D I S

30

9 10 12 12 12 I4 14 15 15 16 16 17 17 I8 18 18 19 19 21 23 24 25 26 27 29

40 50 55 60 70 75 85 90 95 100 105 115 120 125 130 135 145 170 I 195 215 1 235 255 280 315

I

25 35

40 50 55 60 65 70 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 145 165 185 205 225 240 275

Fig. 3 2 Calha de sqáo retangular.

O perímetro molhado é: p = 0,200 (2

x 0,145) = 0,490 m

Raio hidráulico:

Velocidade calculada pela f6mula de Manning

A descarga 6 :

Área drenada:

D

s

D

8 9 10 I2 12 12 13 14 14 15 15 16 16 17 17 17 18 18 20 21 22 23 24 25 27

22 30 35 45 50 55

8 9 9 11 12 12 12 13 14 14 14 15 15 16 16 16 17 17 L9 20 21 22 W 24 25

D = DiheIo da calha em cm

S = Seção dc escoamento em cenilmcms quadrsdos

Q = S.V= a.b.v = 0,200

2%

15%

X 0,145 X

.

0.76 = 0,022 m3 c'= 1322 Umin

60 65 70 75 80 85 90 95 100 100 105 115 135 150 170 185 200 215 245

286

Instalaç& Hidráulicas Prediais e Industriais

Se, em vez de i = 1%. tivéssemos uma declividade de 0.5%. obteríamos

Q = 0,200 X 0,145 X 0.53 = 0,015 m3/s= 900 Vmin

Deve-se, portanto, tomar cuidado ao usar tabelas onde não est8 indicada a declividade das calhas, pois, como se sabe e se vê pelo exemplo anterior, as descargas e as áreas drenadas variam com a declividade. Demonstra-se que a seção retangular mais favorável ao escoamento ocorre quando a base é o dobro da altura da água no canal, isto é, para b = 2a. Quando se usa cobertura de cimento-amianto sobre laje de terraço em edifícios, é usual constmírem-se calhas junto ao parapeito, as quais, além de sua função de coletar e escoar a água da chuva, funcionam como passarela, razão por que Dossuem largura muito maior do aue seria necessário vara fins de escoamento apenas. Recomenda-se a maior declividade " possível para a calha, e uma impermeabilizaçãoadequada usando-se argamassa de cimento e areia com SIKA, por exemplo.

3.2.3 Condutores de águas pluviais Costuma-se designar por condutores os tubos que conduzem as águas pluviais dos telhados, terraços e áreas abertas às caixas de areia, a partir de onde as águas são conduzidas ao local de lançamento por coletores. Esses coletores, quando de diâmetro pequeno, são chamados condutores de águas pluviais. O local de lançamento pode ser um coletor público, uma galeria de águas pluviais. uma caixa de ralo na via pública, um canal ou rio. Condutores verticais O condutor vertical pode ser ligado, na sua extremidade superior, diretamente a umacalha (caso de telhados), ou receber um ralo quando se trata de terraços ou calhas largas, onde se receia a obstmção do condutor por folhas, papéis, trapos e detritos diversos. O condutor normalmente não é nem deve ser calculado como um encanamento a plena seção, e o formato dos ralos e suas grelhas determinam uma perda de carga de entrada que s6 experimentalmentepode ser determinada. Por essa razão se justificam o emprego de tabelas consagradas pelo uso e os bons resultados obtidos em função dos diâmetros dos condutores verticais, já levando em conta as conseqüências da obstrução da grelha dos ralos. Pode-se usar a Tab. 3.2, que permite o dimensionamento dos condutores verticais, com caixa de ralo de boca afunilada e baseada numa precipitação pluvial de 150 mm/h, ou seja, 2.52 Vmin e por m2 de áreh sobre a qual cai a chuva.

ARGAMASSA D E C I M E N T O 0 A R E I A C/ 81KA

I

Fig 33 Calha para telhado.

Aguas Pluviais

287

Tabela 3.2 Condutores verticais d e Aguas pluviais Diâmetm do condutor

(pol)

Area máxima de cobertura (ml) Considerando

Uso corrente no Rio de Janeiro

cm

1cm2por mt de área a esgotar

Recommdagão norteamericana

Alguns projetistas, adotando o critério de supor, arbitrariamente, que a velocidade de escoamento no condutor vertical é a mesma que a do coletar horizontal a plena seção e com velocidade da ordem de 0.5 m s-', adotam 1 c m q e seção de

condutor para cada metro quadrado de área drenada, o que conduz a diâmetros exagerados. Certas especificaçõesnorte-americanas prevêem 0.50 cm2de condutor por m2deárea drenada, considerando chuvas de 200 mm/h. A Tab. 3.2 mostra a enorme discrepância entre os valores das áreas drenadas pelos condutores segundo os três critérios. Os valores de uso corrente no Rio de Janeiro correspondem praticamente aos do escoamento de tubo circular a plena seç50 com declividade de 4%. como se comprova cotejando as Tabs. 3.2. e 3.3. O dimensionamento rigoroso deveria levar em conta a altura da lâmina d'água acima do ralo e os desvios da coluna ate a caixa de areia. Condutores horizontais Os condutores de terfqos, áreas abertas, pzítios etc. são denominados horizontais, quando sua declividade é pequena. Em geral, são dimensionados para trabalhar a plena seção, com a declividade necessária e suficiente para escoar com velocidade aconselhável, vencendo a perda de carga. A Tah. 3.3 permite determinar a área drenada para vários diâmetros de condutor e diversas declividades, supondo uma precipitação de 150 mmlh e trabalhando a plena seção. Podemos calcular a área máxima drenada pelo condutor considerando a plena seçáo e usando o método que vimos no item 2.7.7.2 no estudo dos esgotos sanitários. Suponhamos, por exemplo, o condutor de 4". uma declividade de 1% e n = 0.02, plena seção e 0,042 Ys/m2de precipitação. O raio hidráulico é R = ni. + 2 rr r = r/2 = 0.025 Na Tah. 2.20 do item 2.7.7.2obtemos, para a declividade de 1:1.000, (um por mil) os valores:

Tabela 3 3 h a minma em m2de cobemira esgotada por um condutor de águas pluviais

Diâmetro do condutor em pol.

Dedividade 0,546

1%

2%

4%

288

Insfalacões Hidráulicas Prediaij e Industriais

Para a declividade de 1W temos I = 10:1.000

A hea drenada poderá ser de:

Para a declividade de 2% teríamos:

A área drenada poderá ser de:

Como se observa, os valores encontrados são um pouco inferiores aos da Tab. 3.3. Façamos o cálculo considerando a declividade de 1% e usando a f6rmula de Basin

onde y, coeficiente de mgosidade das paredes, tem os seguintes valores: -0,16 para manilhas de cerâmica e tubos de concreto em bom estado -0,11 para superfícies lisas de cimento 0.14 para condutos metálicos Adotando y = 0.16, resulta

-

O valor é igual ao encontrado com a f6rmula anterior. É interessante observar que a vazão com o coletor com Bgua a uma a l N a igual a 0,80 . D é praticamente a mesma que a verificada com o coletor a plena seção. A velocidade máxima ocorre quando o coletor está parcialmente cheio e com a altura de água h = 0,81 D. A descarga máxima ocorre quando h = 0.95 .D e não quando o coletor está a plena seção. A Tab. 3.12 dá valores para cálculo da vazão pela fórmula de Manning-Suickler (ver 3.3.5.3).

3.2.4 Ralos Nos locais onde se pretende esgotar bguas pluviais usam-se ralos que coletam a água de áreas cobertas ou de calhas, canaletas e sarjetas, permitindo sua entrada em condutores e coletores. O ralo compreende duas partes: a) caixa e b) grelha, que é o ralo propriamente dito.

289

Aguas Pluviais

ALVENARIA OE TIJOLO MbCIÇO DE 1 VEZ MEIO-FIO

J 4

PLANTA

CORTE A - A OU ASFALTO

L .,SE

w,Lonoa

'-CCWCRETO

L.3:6

CORTE 0 . 8

Fig. 3A Caixa de ralo para águas pluviais.

Caixa do ralo Para terraços e calhas de telhados usa-se, geralmente, caixa de ferro fundido contendo duas partes: uma que se liga ao tubo da coluna de queda de águas pluviais e outra que se sobrepúe e se ajusta i primeira, intercalando-se entre ambas, conforme o tipo de impermeabilização: camadas de feltro de amianto em base asfáltica ou lençol de chumbo ou de neoprene. A ligação das duas peças se dá segundo uma superfície cônica que, alémde facilitar o encaixe, permite um escoamento melhor para a água que eventualmente venha a infiltrar-se entre o ralo e a impermeabilização do terraço. Quando se trata de esgotamento de água de áreas de estacionamento ou grandes pátios, a caixa de ralo é de alvenaria de tijolo maciço revestido de argamassa de traço forte. A Fig. 3.4 mostra uma caixa de ralo para via pública ou rua particular com ralo de f e m fundido do tipo pesado. Vê-se que a caixa não possibilita a coleta de areia e evita que a água possa acumular-se, dando lugar a inconvenientes de ordem sanitária. Em algumas municipalidades, porém, e em zonas altamente urbanizadas, 6 usada a caixa de ralo também como caixa de areia, e, portanto, a saída do coletor se faz 60 cm acima do fundo da caixa, como mostra a Fig. 3.5. No tipo indicado existe uma boca-de-lobo, que é uma abertura no meio-fio por onde a água, vindo pela sarjeta, escoa diretamente na caixa. Na Fig. 3.5 a caixa não contém ralo, mas tampão de ferro fundido. É mais comum fazer-se boca-de-lobo com um ralo colocado na sarjeta (Fig. 3.6) ou no passeio, debaixo de uma tampa que pode ser de concreto (Fig. 3.7) ou de ferro fundido (Fig. 3.6). Quando se usam boca-de-lobo e ralo, as dimensões da 'aixa sào maiores e esta se estende sob o passeio. Em alguns tiposde boca-de-lobo.o chanfro no meio-fio e substituído por uma placade ferro fundido na altura do meiofio (Fig. 3.6). A Fig. 3.7 mostra um tipo de boca-de-lobo com grelha e tampa de concreto. A entrada da água faz-se por uma abertura no meio-fio ou no anel de apoio da tampa. O projetista da infra-estmtura de um loteamento deverá levarem conta que a declividade mínima dos logradouros deve ser de 3% (três por mil). São aceitáveis logradoums com trechos em patamar, sendo obrigatório, nestes trechos, que as sarjetas sejam projetadas com 60 cm de largura e lançadas com greide ondulante, com a "gola"(espe1ho) do meio-fio va-

290

Instalafdes Hidrdulicas Prediais e Industriais

Fig. 3.5 Caixa de ralo como caixa de areia.

Fig. 3.6 Grelha para boca-&-lobo, de fem fundido.

Aguas Pluviais

L -

I

1010

L 1

291

x

qzpl CORTE E F

P L A N T A DA TAMPA

C O R T E GH CORTE A B

CORTE

IJ

PLANTA DO ANEL DE APMO DA TAMPA

Fig. 3.7 Boca-de-lobo com greiha e tampa de concreto.

riando, em cada 15,OO m de extensão, de 0,12 m para 0.17 m. Nos pontos baixos das sarjetas (pontos com 0,17 m de "gola"), devem ser projetados ralos com bocas-de-lobo (Fig. 3.8).

Grelhas As grelhas sobrepõem-se à caixa e visam impedir o acesso de corpos estranhos ao condutor. Existem dois tipos: as grelhas planas e as hemisféricas.

292

Instnlações Hidráulicas Prediais e lndustriaiç

OCA-DE-LOBO

WIVEL DA R U A EY PATAMAR

C A I X A DE RALO

Flg. 3.8 Caixa de ralo com bocade-lobo.

Fig. 3.9 Ralo 90x 30 T-95 e T-135

para bueiro Barbará.

Tabela 3.4 Ralos Barbará de 90 x 30 referentes A Fia. 3.9

A (mm) B

C D

Peso Carga máxima no centro

1

Tipo leve

Tipo pesado

870 290 980 120 95 kgf

870 290 1050 120 135 kgf

6700 kgf

9000 kgf

Grelhas planas São usadas em sarjetas, áreas de estacionamentode veículos e terraços. onde possa haver movimentação de pessoas. As grelhas de caixa de ralo ou para bueiro, quando nas sarjetas de ruas, são de ferro fundido pesado, usando-se também as de concreto. Para drenagem de pequenas áreas. empregam-se grelhas de feno fundido de 10 cm X 10cm, 15 cm X 15 cm, 20 cm x 20 cm, 30 cm X 30 cm, 40 cm X 40 cm etc., podendo-se encomendar às fundições grelhas em outras dimensões. Grelhas hemisféncas As grelhas hemisféncas, também chamadas "cogumelo" ou "abacaxi"(pelo que suas formas sugerem), são usadas de preferência nos terraços, nas calhas de concreto de telhados e áreas abertas de edifícios, por proporcionarem maior seção de escoamento e reterem papéis, trapos e detritos sem ficarem totalmente recobertas, obstaindo a passagem da água. A Fig. 3.10 mostra vários tipos de ralos "abacaxi", além de alguns tipos de ralos planos. Costuma-se fazer a caixa de ralo com dimensóes tais que a grelha tenha uma área de orifícios igual, pelo menos uma vez e meia, à área do condutor ao qual o ralo serve.

Axus Pluviais

293

Fig. 3.10 Vários tipos de ralos.

3.2.5 Poços de visita

(PV)

Os poços de visita devem estar localizados nas seguintes partes da rede de águas pluviais: -nas cabeceiras dos coletores; - nas mudanças de direção: - nas mudanças de declividades; - nas mudanças de seção; - na confluência de coletores; -nos alinhamentos retos em intervalos não superiores a 60 m. A Fig. 3.1 1 mostra um p q o de visita de alvenaria e a Fig. 3.12, um poço de visita de anéis de concreto pre-moldados.

Como já dissemos, um projeto de drenagem de águas pluviais, dentro dos limites das atribuiçks das instalações, pode abranger áreas com grupamentos de edificações ou loleamentos. Nesses casos, é obrigatória a apresentação do projeto e da planilha de cálculo hidráulico dos coletores ao órgão competente da municipalidade. Compreende-se que a drenagem de uma pequena cidade já é da competência do saneamento básico urbano, se bem que, fundamentalmente,o que adiante será exposto. encontre também aplicação em projetos de certa amplitude. Podemos dividir a apreciação deste tema em cinco panes. que são: a) Chuva a considerar no projeto de drenagem. b) Escoamento da chuva no terreno. c) Cálculo hidráulico dos coletores. d) Preparo da plauilha. e) Elaboração do projeto de drenagem. Vejamos esses diversos aspectos da questão.

294


296

Iwstala~õrsHidráiili~.asPrediais e Industriais

3.3.1 Chuva a considerar no projeto de drenagem E sabido que a precipitação das chuvas ocorre de um modo aleatório. sendo de tal modo diversas as vatiáveis que a influenciam -pois as variáveis dependem também de outras que se podem admitir como aleatórias - que não há outro recurso seuâo apelar para o método estatístico para se procedes ao seu estudo. Consideremos alguns conceitos fundamentais a que nos referiremos ao longo dessa exposição. lQ Alturupluviométrica é a medida vertical, geralmente em milímetros, da chuva precipitada num tempo que se considere (minuto, hora, dia, mês, ano), em um recipiente cilíndrico de eixo vertical. Pode ser expressa em volume de água precipitada por unidade de área horizontal. 2* Intensidade ou "velocidade de precipitação" é a altura precipitada na unidade de tempo, isto 6, o quociente entre a altura pluviométrica e a duração considerada. E expressa em milímetros por hora. Efetuando as necessárias transformações, alguns a exprimem em Vslha. Exprime-se também como o quociente entre a altura pluviométrica num intervalo de tempo e este intervalo. 3' Freqüência n 6 a indicação do número de vezes que uma chuva de mesma intensidade ocorre num certo tempo (por exemplo, em um ano). Sua determinação resulta da análise das estatísticas de chuvas. Os pluviômetros ii~staladosnuma localidade fornecem dados que mostram que chuvas com determinadas catactensticas têm freqüências específicas de ocorrência. Admitamos, para efeito de raciocínio, que numa certa localidade foram realizadas medições durante 50 anos, as quais permitiram organizar a Tab. 3.5. Nesta se acha indicado, na primeira coluna, o número de vezes que a intensidade de chuva, apontada na segunda coluna, ocorreu com uma duração de 10 minutos.

Tabela 3.5 Node vezes em 50 anos (m)

Intensidade

1 2 3 4 5

162.0 148,5 127,2 121.6 118,4

(n)Freqüência: n." de

(d)

vezes cada ano 0.02 0.04 0.06

0.08 0.10

Se considerarmos agora o intervalo médio de tempo que poderá decorrer entre duas chuvas de intensidade iguai ou maior que a considerada, teremos o que se denomina tempo de recorrência ( T ) ou tempo de repetição. Como se vê, o tempo de recorrência é o inverso da freqüência. No caso que estamos considerando, os tempos de recorrência T foram, respectivamente, de: 50 t 1 = 50 anos 50 i 2 = 25 anos 50 + 3 = 16,7 anos 50 c 4 = 12,5 anos 50+5=10anos Assim, por exemplo, no período de 50 anos de observação de chuvas, considerando que a precipitação de 148,5 mm/h não deva ser excedida mais que duas vezes, temos: 2 m = 2 . A freqüência é n = - = 0,04 e 50 o tempo de recorrência T =

50 = 25 anos 2

Podemos resumir as considerações acima frisando que se num dado local, no futuro. se mantiverem as condições meteorológicas que nele existiram durante o período de observação. a precipitação de duração considerada e de tempo de recorrência T terá a probabilidade mixima de ser igualada ou excedida f l v e z e s em n anos. Como observa o saudoso professor Diocles 1. Rondon de Souza: "frequência, probabilidade ou tempo de recorrência definem características médias; em outras palavras, uma chuva com tempo de recorrência de 25 anos poderá, num intervalo total de 50 anos, ocorrer duas vezes nos primeiros cinco anos e depois ficar 45 anos sem acontecer". (Hidrotécnica Continental.)

.

O tempo de recorrência também se denomina temno de retorno e se usa definir como o número médio de anos em aue. para a mesma duração de precipitação, uma determinada intensidade pluviométrica será igualada ou ultrapassada apenas uma vez. Cálculo da precipitaçáo Usava-se, até há alguns anos, a fórmula empírica decenal baseada em dados e elementos então disponíveis:

Assim, para a duração da chuva t = 5 min, a intensidade de precipitação seria i = 350 + & = 156 mm. Para r = 10 minutos, teríamos i = 1 10 mm. e assim por diante. Estudos de Hidrologia, com base em dados estatísticos e no Cálculo das Probabilidades, permitiram o estabelecimento de uma equação geral das chuvas intensas ou fórmulas de intensidadelfrequência-duruçdo,que é

ET I1

+ h)'

Nesta equação temos: i =intensidade de precipitação, expressa em milímetros por hora T = penodo de recorrència ou intervalo, expresso em anos. r = duração da precipitação. expressa em minutos.

K, o, b, c são parâmetros relativos às unidades empregadas e próprias do regime pluviométrico local. A maneira de determinar esses quatro parâmetros é apresentada em trabalhos especializados, alguns dos quais mencionados na bibliografia deste capítulo. Para as condições que se verificam, por exemplo, na área metropolitana de São Paulo, o Prof Paulo Wilken determinou os parâmetros. e a fórmula aplicável é:

-.

Outra fórmula muito usada é

Para as chuvas do Jardim Botânico, no Rio de Janeiro, a equação das chuvas é:

Para áreas de temaços, telhados e pátios, pode-se adotar a duração da chuva intensa, r = 5 minutos. O EngWtto Pfafstetter publicou um trabalho sob o título Chuvas Intensas no Brasil, no qual, com base em dados pluviométricos em 98 postos espalhados no Brasil e utilizando o Cálculo de Probabilidades que conduz à equação geral que foi mencionada. elaborou gráficos onde são representadas, para as 98 localidades, curvas da dependência entre a precipitação (mm) e o tempo de recorrência (anos) para chuvas de 5,15,20 minutos e 1 e 2 horas, como mostra, a título de exemplo, a Fig. 3.13. Consultando o gráfico da Fig.3.13, reterente ao bairro do Jardim Botânico no Rio de Janeiro. verifica-se que, para um tempo de recorrência de 10 anos e uma duração de 5 minutos, a precipitação é de 15,5 mm e, portanto, a intensidade é de 15,s X 601.5 = 186 mmlh. No Rio de Janeiro, a Superintendência de Rios e Lagoas fornece, para diversas regiões do Estado, a localização dos pòstos pluviométricos e as curvas de chuva de projeto. No caso do Jardim Botânico, a chuva de projeto para duração de 5 minutos deverá ser de 165 mm, como se pode observar no gráiico da Fig. 3.14, para o qual T = 5 anos, e a precipitaçáo é de 13.8 mm:

298


JARDIM

-

BOTÂNICO

Rio d e J a n e i r o

20-

#

-

/#

DLRAÇ L0

7

201

V

I

I

I

I

I I 1111

I

I I I I I I I IIII

I

1 I I I I IIIII

I

I

1

I

I

I I I I I

I

I

!

! ! ! ! I ! !

I

I

I

I

I I I I I I

I

I

I

I i I I i 1 I IIII

I

I I I I

I

I

I , , ,

I I I I I I I I

I

I

I I 1 1

I11 I I I I

Fig. 3.13 Precipitação em funçáo do tempo de recodncia para várias duraqões de precipitação.

Para calcular a vazão Q(1 .s-I) após um tempo de precipitação de t (minutos), numa área A (m2) com precipita$ão de intensidade i (mmh), considerando um tempo de recorrência T(anos) e um coeficiente de permeabilidade C= 0.75.podemos usar a fórmula 3.9.

Fig. 3.14 Chuva de projeto. Pluviógrafo do Jardim Botânico - RI. T = 1 ano: Anas pavimentadas onde podem ser toleradas poças. T = 5 anos: Coberturas e terraços. T = 25 anos: Coberturas e áreas onde empoçamentos e extravasamentos não possam ser tolerados.

Exemplo: Para C = 0,75

T = 25 anos

temos

i=155mm/i1 t=

10 minutos

A=1.000m2

300

Instalaçõps Hidráulicas Prediais e Industriais

3.3.2 Escoamento da chuva no terreno Nem toda a água de precipitação se escoa pela superfície do terreno até os ralos. Uma parte é absorvida pelo terreno em função de sua permeabilidade, reduzindo, assim, o deflúvio que escoa para jusante. Despreza-se, em cfilculos simplificados dessa natureza, o efeito da evaporação, e considera-se apenas o efeito da infiltração sobre a descarga que escoa (deflúvio). Conforme o terrenoe o projeto deurhanização, pode-se classificar a impermeabilidade das áreas drenadas atribuindo às mesmas um coeficiente de impermeabilização r, equivalente ao coeficiente C da fórmula 3.9. Assim, temos para o coeficiente de impermeabilizaçáo ou impermeabilidade: -Zona de loteamentos e de complexos industriais com pavimentação: r = 0.80. -Zonade lotea-ntos com edifícios e casas com terrenos e fábricas com grandes áreas de terra ou gramadas: r = 0,60. Para calcular a chuvaescoada. em primeiro lugar determina-se a área a ser esgotada, subdividindo-a em áreas contribuintes que serão drenadas em cada trecho por um coletor que irá servir à área em questão. Na Fig. 3.15, o coletor recebe águas pluviais das áreas A, B, C e D, lançando-as num rio. Temos quatro poços de visita no coletor e ralos a ele ligados, afastados um do outro no máximo 30 m. Ao PV-1 somente vão ter as águas da área A. Na E , considera-se a soma das áreas A e B para descarga no coletor no PV-2. Na &a C, a bgua drenada 6 a que cai em A, B e C e assim por diante. Se o coletor tiver 80 cm de diâmetro ou menos, a ligação do coletor da caixa de ralo deve ser feita num poço de visita (Fig. 3.19). Para coletor com mais de 80 cm de diâmetro, a inserção de um coletor em outro ou numa galeria pode ser feita diretamente, sem PV (Fig. 3.20).

RIO

Fig. 3.15 Divisão de um terreno em área de contribuição.

Deteminacão do coeficiente de distribuição n das chuvas Se a área drenada for inferior a 1 ha, adota-se n = 1. Para áreas niaiores, n é igual ao inverso da área expressa em ha, elevado ao expoente 0,15, isto é.

Os valores de n podem ser tirados do gráfico da Fig. 3.16, de autoria do Eng" Ulisses M. de Alcântara, tendo sido calculados pela f61mula acima.

Aguas Pluviais

301

ÁREA E M HECTARES

Fig. 3.16 Coeficientede dishibuigo (n =A415).

Exemplo:

Tempo de concentraçáo - t, -é o tempo que decorre desde o início da chuva, até que toda a bacia passe a contribuir para uma s q ã o de uma determinada galeria. Pode-se considerar como formado de duas parcelas: a) Tempo de escoamento supe>7icial,ou tempo de entrada, é o tempo gasto pelas chuvas caídas nos pontos mais distantes para atingirem o primeiro ralo. E representado por tz.É tambem definido como "o tempo, em minutos, que leva uma gota d'água teórica para ir do ponto mais afastado da bacia até o ponto de concentração, que, no caso, é o primeiro ralo de montante". ~~~~~-~~~ b) Tempo de percurso -t, -é o tempo de escoamento dentro das galerias, desde o primeiro ralo até a seção do coletar que se considera. No nosso cálculo, não será levado em conta, de modo que, em vez de t, = tj - tP , tem-se apenas tc = t,.. Em certos casos, quando se leva em conta o tempo de concentração t, até o primeiro PV e a captqão se faz por meio de raios, soma-se ao t, o tempo de entrada, que, para simplificar, às vezes t adotado como igual a 5 minutos = t,. É preferível, entretanto, procurar em tabelas ou calcular o tempo de concentração. Para kea wbanizada nu urbanizável, com divisor de águas a uma distância máxima de 60 m, pode-se usar a Tab. 3.6 para uma primeira idtia do tempo de concentração. ~

Tabela 3.6 Tempo de concentração t, (minutos) Naiuteza da área

Dedividade da sarjeta menor que 3%

maior que 3%

10 minutos

7 minutos

I

Areas densamente constnildas

2

&as

nsidenciais

12 minutos

10 minutos

3

Parques, jardins, campos

15 minutos

12 mùiutos

302

Instalaçr3es Hidráulicas Prediais e Industriais

Quando, a montante do primeiro poço, houver pequena bacia a drenar, convém calcular o tempo de concentração pelo chamado método racional empregando a f6rmula

de autoria do EngQGeorge Ribeiro. Nesta f6rmula r, = tempo de concentração em minutos. L, =caminho percomdo por uma hipotética gota d'bgua de chuva expresso em km,ao longo do talvegue. isto 6, da linha que une os pontos mais baixos de um vale. p = porcentagem, em decimal, da área da bacia coberta de vegetação. S = declividade m6dia do caminho L,, desprezando as pequenas quedas a prumo em meios-fios e outros. Exemplo:

Suponhamos L, = 4130 m = 0.40 h. p = 0.25 (vinte e cinco por cento da área wberia de vegetação). S = 0.03 declividade média Temos para o tempo de concentração:

O tempo de concentração será, pois, de aproximadamente 7 minutos.

Intensidade média das chova9 para a freqüência de 10 anos Considerando um tempo de recorrência de 10 anos, como 6 usual fazer-se, e utilizando a curva intensidade-duraçâofrequgncia para o posto pluviométrico do Jardim Botânico. teremos:

onde, como vimos, t =duração da chuva, considerada como igual ao tempo de concentração, igual a 7 minutos. . i = intensidade média. No exemplo que estamos seguindo, fazendo r = 7 minutos, obteremos

Escolha do coeficiente de runoff ou de "escoamento superficial", também chamado "coeficiente de deflúvio" Essa grandeza, que representaremos pela letra f, depende da natureza e caractensticas da bacia a drenar e pode ser encontrada na Tab. 3.7, ou pela fórmula de Fantoli, que apresentaremos adiante.

Tabela 3.7 Valores usuais d e coeficiente de runofff

I

Natureza da bacia Telhados Supesfícies asfaltadas Superfíciespavimentadas e paraielepipadas Estradas macadamizadas Estradas n%o pavimentadas Terrenos descampados Parques. jardins. campinas

I

Coef. de deflúvio ou de runoff f

I

Aguaç Pluviais

303

Em São Paulo se usa geralmente o valor f = 0,60 para zonas urbanas e suburbanas.

Cálculo do defldvw local Q O deflúvio, isto é, a água escoada, é calculado pela expressão:

onde 2.78 é um fator numérico de wnversão de unidades A área da bacia em hectares f - coeficiente de deflúvio i, - intensidade média das chuvas ( d ) n - coeficiente de distribuição (Fig. 3.16) Q - descargaem l/s

-

Exemplo: Suponhamos que a área a drenar seja de 2 ha, o terreno wnstituído de áreas destampadas, e a intensidade média das chuvas seja de 150 m d h . Vejamos qual a descarga ou deflúvio Q. Temos:

A =2ha f = 0.20 (Tab. 3.7) i, = 1 5 0 d n = 0.90 (Fig. 3.16) Q = 2,78 X 2 X 0.20 X 150 X 0,90 = 150 11s Cálculo do coefiiente de dejiúviopelo critério de Fantoli O coeficiente de deflúviof,já mencionado, pode ser calculado pela fónnula de Fantoli:. f

=

rn

. (i,

-

t,)lI3

Sendo t, -

o tempo de concentração em minutos

- a intensidade pluviombtrica m6dia ( d ) m - fator que depende dos coeficientesde impermeabitidade r. cujos valores podem ser adotados como sendo: i

r = 0.80, para áreas de mnas cenbais das cidades, loteamentos e complexos industriais = 0.60, para zona residencial, urbana, ou loteamentos com grandes áreas de terra ou grama = 0,40, para zona suburbana = 0,25, para zona mral Para r = 0.80, temos m = 0,058 r = 0.60 m = 0,043 r = 0,40, m = 0,029 r = 0.25, m = 0,018 Pode-se usar o grgf~coda Fig. 3.17 para obter o valor def.Entra-se com o valor do produto (i, te)até a reta r e se obem na escala ?A esquerda o coeficiente de deflúviof: Por exemplo, para i,,,= 150 m m h r = 0,60 (zona residencial urbana, loteamentos) t, = tempo de concentração = 5 minutos i. X t, = 150 X 5 = 750 Obtém-se no gráficof = 0,39 Aplicando a fórmulaf = m(i, .r,)'", teríamos evidentemente: f = 0,043 X (150 X 5)'" = 0.3898 -. 0.39

304


Y 0

0 i m

4 Y

g

1.m

$

0.90

E

0.80

#

0.70

'+

r

2

E

0.60

,

-

0.30

-=",

.3 J

~ 0 ~ 4 0

L,-

0

W

mn

,s rn 0.30 L.

C

5" % ,L

E

0.20

z

-

o 2 o ,2 rn

a

4

0.10

PRODUTO ( inlsniidode

pluviométrico 0m mm/h

i..

-

1, duroçÕo do chuva em m i n u t o s )

Fig. 3.17 Coeficiente de deflúvio pelo aitério de Fantoli (f=rn (ir)'").

DeBúvin a escoar Para o priqeiro poço de visita a montante, o deflúvio a escoar é o próprio deflúvio local,isto é, o da bacia cuja água é lançada no poço. A partir daí, soma-se o deflúvio local com o deflúvio a escoar vindo do trecho anterior.

3.3.3 Cálculo hidráulico dos coletores O levantamento topográfico e o projeto de urbanização fornecem os grades, isto é, as declividades dos armamentos e das áreas a drenar, elementos indispensáveis para o projeto da drenagem de águas pluviais. Para se ter uma primeira idéia da declividade a dar ao coletor, deve-se considerar que acima dele deve haver uma camada de proteção, isto é, de recobrimento, o que limita a profundidade do coletor no terreno. Em seguida. vê-se a cota do ponto onde o coletor irá desaguar: nível d'água no rio. canal e, eventualmente, um PV. Mede-se o comprimento L. Imagina-se, por exemplo, que o primeiro trecho do coletor tenha 40 cm de diâmetro e que o coletor irá recebendo contribuições de ralos (ou de outros coletores), de modo que, ao chegar no final, terá, digamos, 80 cm (ao ser calculado. esse diâmetro poderá ser alterado). Seria conveniente que a geratriz inferior do coletor no lançamento ficasse acima do nível da água a jusante, o que nem sempre é possível, pois é necessário dar ao coletor uma declividade suficiente. A declividade d média a considerar numa primeira aproximação será i = -, sendo d o desnível (Fig. 3.18). L

COTA DO T E R R E N O

t

7

L RECOBRIYENTO COTA DO G E R A T R I Z S U P E R I O R DO COLETOR 7

Fig. 3.18 DetemúnaçXo da declividade de un coletor.

No projeto devem-se levar em conta o recobrimento do coletor como também o dos pcqos de visita. Chama-se recobrimento de umpoço de visita a distância vertical entre o grade do terreno no centro do PV e a geratriz superior interna do coletor prolongada, vinualmente, at6 ao referido centro, desprezando-se a espessura do tubo no recobrimento (Fig. 3.19). O EngQPaulo Sampaio Wilken, em sua obra Drenagem Superjicial, menciona, entre outros, os seguintes princípios a serem obedecidos no projeto de galeria de águas pluviais: -"Numa galeria de águas pluviais temos as condições de escoamento como conduto livre, em regime permanente e uniforme. -As dimensões da galeria não devem decrescer na direção de jusante, mesmo que, com o aumento da declividade, um conduto de menores dimensões tenha capacidade adequada.

LENCHIYENTO

Fig. 3.19 Ligação de coletor a pqo de visita.

Fig. 320 Liga~ãode coletores de. #diâmetrosdiferentes.

-A declividade da galeria, tanto quanto possível, deve ser igual à do terreno, para que se tenha menos escavação. Muitas vezes é convenienteusar galeria de menor dimensão empregando declividade maior que a do terreno, por ser mais econômico, a despeito da escavação. -Na junção de galerias de dimensks diferentes, as geraúizes superiores deverão ter a mesma cota. (Fig. 3.20) Quando um PV serve como elemento para mudança de diâmetro de dois coletores, por haver alteração na declividade (Fig. 3.21), as cotas das geratrizes superiores dos coletores deverão ser as mesmas. Assim, se D, = 0.50 m e D, = 0,70 m, a cota de fundo do coletor de diâmetro D, será CF, - CF,, portanto, 0.20 m abaixo da cota CF,.

Recobrimento ntinimo Adotam-se: a) Tubos de concreto simples: 0.80 m b) Tubos & concreto armado: para 0.40 m de diâmetro -0.60 m. Para cada 10 cm de acréscimo no diâmetro, aumenta-se o recobrimento em 5 cm. Por exemplo: tubo de 1 m terá recobrimento de 0.60 + (1.00 - 0.40) X 0,05 = 0.90 m

3.3.3.1 Cálculo do diâmetro do coletor Temos que fazer uma avaliação preliminar do diâmetro D do coletor. A altura da lâmina d'água ou tirante, y no coletor, pode. em primeira aproximação. ser admitida como sendo igual a 0.7 .,. -D. . Pelo gráfico da Fig. 2.129, do Cap. 2, vemos que a vazão com o coletor com esse tirante é igual a 85% da vazão do coletor a seção plena. Podemos, então, supor a vazão real aumentada para (Q + 0,85); dimensionar o diâmetro considerando o coletor como se estivesse a plena seção e utilizar uma das muitas fórmulas, ábacos ou gráíicos a elas referentes. Um gráfico muito usado 6 o da Fig. 3.22, representativo da fórmula de Forchheimer:

.

306

lnstalaç~esHidráulicas Prediais e Industriais

I

Fig. 331 Poço de visita com entrada de dois coleto

Fig. 3.22 Abaco para coletores de águas pluviais. Descarga e velocidade a plena seção

Aguas Pluviais

307

Tirante crítico ou profindidade crítica y, é a altura da 6gua num coletor medida acima de sua geratriz inferior, para a qual a água escoa com o menor dispêndio de energia, isto 6,para o menor valor da soma das parcelas da energia de posição

h e da energia cinética

(i:). -

Para se calcular o valor do tirante crítico. deve-se antes determinar o valor do módulo crítico M definido por

e que, no caso do Rio de Janeiro, assume o valor

~ividiudo-seM por LYn vab. 3.81, obtém-se o coeficiente que designaremos por C, e que utilizaremos mais adiante.

Na Fig. 3.23 temos o ábaco da f6mula de Bazin, de autoria do EngQMaurlcio Amoroso Teixeira de Castro, para tubos de concreto até 1.20 m de diâmetro. e, na Fig. 3.24, o ábaw da f6mula de Ganguillet-Kutter para dimensionamento & coletores até 24" (60 cm).

Tueos M CONCRETO DE S E F ~ O C I R C U L A R O' A.C.

4Fi

87 c=-

Fig. 3.23 F h d a n o v a & Bazin. (Abaco do Eng* Maurlcio Amoroso Teixeira de Castro.)

ltf

308

Instalaçües HHiáulicas Prediais e Industriais

SECAO PLENA

m/m

Fig. 3.24 Fórmula de Ganguillet-Kutter para coletores de Bguas pluviais c plcna se$ão.

Exemplo: A vazáo 6 492 1 . s-I e a declividade é 0,032 d m . Qual o diâmetro do coletor? Aumentemos a vazão proporcionalmente e obteremos

Com esse valor e 1= 0,032 no ábaco da Fig. 3.23,achamos um diâmetro pouco abaixo de 0,50 m e uma velocidade igual a 2,s m . S.'. Valores praticamente iguais encontram-se no ábaco da fórmula de Ganguillet-Kutter.

3.3.3.2 Verificação do regime de escoamento Trata-se de determinar se o escoamento é lento, crítico ou rápido. Para isso. um dos processos que se usa consiste em calcular o tirante crítico correspondente ao deflúvio local Q. Primeiramente, lembremo-nos de que o tirante ou flecha y é a altura de água no coletor, medida acima de sua geratnz inferior (Fig. 3.25). Tabela 3.8 Dados numéricos para o cilculo do escoamento em galerias circulares parcialmente cheias Diâmeh D2 P

im)

ím)'

0.40 0.45 0,50 0,60 0.80 0,90 1,00 1.10 1,20

0,1600 0,2025 0,2500 0,3600 0,6400 0,8100 1.0000 1.2321 1,4400

o'= 0,1012 0,1358 0,1768 0,2789 0,5724 0.7684 1,0000 1,2691 1,5774

Fig. 3.25 Indicação do tirante d'dgua.

Y e, no caso, 2 Y que lhe corresponde. Este valor Com o valor, C,, vê-se na Tab. 3.9 qual o valor de -, D D D

6 o enchimento crítico, Para termos aprofundidode critica ou tirante crítico y,, correspondente à vazão Q, multiplica-se o enchimento critico

(%)pelo diâmetro D.

lol .-,

O enchimento normal - deve estar compreendidoentre os valores 0,20 e 0.85, segundo as prescngões váiidas para o Estado do Rio de Janeiro, isto 6,0,20 .D < y c 0.85 . D.É usual fixar-se o valor em tomo de 0,70 . D. Achado o tirante crítico y,, conforme a altura d'água y que adotarmos, isto C, conforme o tirante normal, poderemos ter um dos três casos seguintes: a) y > y,, nesse caso o regime C subcn'tico, chamado tambem lento, tranqüilo oufluvial. b) y = y,, e o regime é crítico. C) y < yc, e o regime é supercrírico, rápido ou torrencial. Deve-se pmcurar ter, no escoamento dos condutores de águas pluviais, regime rápido, não convindo que o valor de y seja muito próximo do valor de y,. Procede-se ao trqado do coletor com o conhecimento da declividade, do diâmetro, do recobrimento e do tirante y. Ao se proceder ao cálculo para os coletores a jusante, pode-se constatar que é necessário alterar os valores previamente adotados ou encontrados para os de montante.

Ccfleuhdcrs veloeidadcs ' A velocidade de escoamento V 6 obtida, como se sabe, dividindo-se a vazão a pela área a da seção molhada do coletor. Y por D2 Para calcular a, basta multiplicar o valor C, (Tab. 3.9), correspondente ao valor -, D

310

Instalações Hidráulicas Prediais r Industriais

Tabela 3.9 Dados numéticos para o cáiculo do escoamento em galerias circulares parcialmente cheias

1

0,92

0,888

Aguas Pluviais

311

.

A velocidade mínima aconselhável nos coletores é de 1 m. s-', e a máxima é 4 m s-'. Velocidades muito baixas permitem a deposição de sedimentos. Se o valor encontrado para v for inadequado, altera-se o diâmetm do coletor. Caimento C É o desnível vertical entre as geratrizes superiores do coletor no PV de montante e no PV que se está considerando. Seu valor é obtido multiplicando a distância L entre os dois poços pela declividade i.

O caimento é C = 42 X 0,0065 = 0,27 m Cota do fundo do PV

Já vimos como determinar o diâmetro d, o recobrimento e a cota do terreno no poço de visita. Tratando-se do primeiro poço a montante. Fig. 3.26, a cota do fundo do poço é dada por:

Flg. 326 Indicaçáo do recobrimento em um PV.

Não se iratando do primeiro poço (Fig. 3.27). temos:

p V...I,">,

Fig. 3.27 Medida do caimento entre dois PV

Nível d'dgua no poço de visita A cota do nível d'água no PV se obtém somando-se à cota de fundo o tirante normal y

312


Distdncias entre poços de visita e representação em planta Numeram-se os PV começando de montante para jusante, indicando a sua situação (nome ou número da rua e a estaca que o identifica). Ex: PV-3 -Rua B - Estaca 5 1 12,00 m Em planta de drenagem pluvical são marcadas as distâncias L entre os PV, as declividades e os diâmetros da seguinte maneira:

Tabela 3.10 Valores de

D" n

1" caso: Determinação das grandezas att? o primeiro PV (PV-I) -Diâmetro D do coletor no trecho PV-I- PV-2, expresso em centímetros. P: ex: D .40. -Deèlividade, expressa em décimos de mil6simos. O valor é colocado h esquerda do diâmetro. P. ex: i = 0,0065 representa-se por 65. - Comprimento ou distância entre PV-1 e PV-2. representado em meuos e abaixo da reta acima da qual foram marcadas as grandezas anteriormente citadas. Na Fig. 3.28, temos um trecho de cdetor com 45 m de comprimento, declividade de 0,0065 e diâmetro de 40 cm entre os dois poços de visita PV-1 e PV-2.

Fig. 338 Representação das grandezas entre dois PV.

2@caso: Determinação das grandezas a partir do segundo PV Para tomar mais simplificada a explicação, vamos considerar a planilha que a Superintendência de Rios e Lagoas do Rio de Janeiro - SERLA -adotou. Numeramos as colunas tal como indicado na planilha apresentada no excelente trabalho do EngWlisses M.A. de Alcântm, cuja orientação estamos seguindo, suprimindo, porém, para simplificar, algumas colunas e alterando a ordem das mesmas. Na planilha que deve ser apresentada ao Órgão Público, no entanto, não há necessidade de numerar as colunas. O trabalho citado intitula-se Roteiro para o Projeto de Galerias Pluviais de Seção Circular e aborda não apenas o escoamento das galerias em regime uniforme, mas também considera o estudo do escoamento em regime variado, quando ocorrem remansos devidos às junções de coletores nos poços de visita. -

~~~~

r~ ~~~z~

~

~

O tempo de percurso T, expresso em minutos. de uma hipotética pardcula de água entre dois poços de visita, é calculado dividindo-se o comprimento do trecho entre os dois PV pela velocidade v de escoamento (m . s-') e por 60.

Aguas Pluviaiç

313

(3.20)

3.3.4 Preparo da planilha Seguiremos o modelo estabelecido pela SERLA, embora em outras municipalidades seja aceita planilha mais simples ainda.

.

Na planta do amamento, contendo curvas de nível, delimita-se a bacia que escoará em cada rua. Caso haja algum morro. deve ser marcado o divisor de águas para se poder determinar as bacias que as encostas estabelecem. Numera-se cada bacia com algarismos romanos ou letras maiúsculas. A cada bacia irá corresponder um coletor com o mesmo número. Essa numeração é representada no mdapé da planilha (por exemplo. coletor i). Projetadas as ruas, conhecem-se os seus grades, isto e, suas declividades. Na planta, são marcados, com setas, o sentido de caimento das t e a s e das sarjetas e também os pontos altos nos logradouros. bem como as mudanças acentuadas de rampas. Marcam-se as caixas de ralo nas sarjetas, lembrando que devem estar distanciadas umas das outras no máximo 30 m e que não devem ficar nas esquinas em locais previsíveis para travessia de pedestres. Traça-se a rede de coletores ou galerias atendendo à declividade das mas. A rede normalmente passará pelo eixo da rua de modo a coletar, quase que simetricamente, a água das caixas de ralo dos dois lados da rua. Marca-se a posição dos poços de visita obedecendo ao afastamento máximo de 60 m. Devem ser colocados poços de visita: - nas mudanças de direção; - na ligação dos coletores de caixas de ralo, caso a galeria tenha menos de 80 cm de diâmetro; -no entroncamento de vários coletores. Numeram-se os poços de visita dos coletores principais adotando-se numeração seguida de montante para jusante. Numeram-se também os poços de visita dos coletores secundános de montante para jusante, da seguinte maneira: Usam-se dois números, separados por um ponto. O primeiro representa o PV, onde o coletor secundário irá se ligar; o segundo, a numeração do PV do coletor secundário, contada de montante para jusante. Assim, na Fig. 3.29, a'representação de um PV por 5.4 significa que se trata do quarto PV do coletor secundário, que irá lançar a água no quinto PV do coletor principal. isto é, no PV-5. Se a um mesmo PVafluírem dois coletores secundános laterais, a designação dos PV desses coletores deverá ser feita acrescentando à designação, que acabamos de mencionar, as letras E ou D, conforme o coletor ficar à esquerda ou B direita do coletor principal no sentido de escoamento. A título de exemplo, vamos considerar a área representada na Fig. 3.30, onde foram feitas as anotações mencionadas nos itens anteriores. Acompanhemos a seqüência de cálculos com a planilha da Fig. 3.31. Marca-se no projeto a estaca de locação, correspondentea cada poço de visitae à cota do terreno n, no PV (coluna 4). Marcam-se as distâncias, centro a centro. dos poços (coluna 23).

5.4.E +

L

PV.1

PV-2

PV.3

PV.4-

PV-5

PV-6

Fig. 3.29 Representação dos poços de visita.

PV-7

RIO

314

Instalaçdes Hidráulicas Prediais e Industriais

I COLETOR

R U A '"C" PV-Exilt.

I

Fig. 3.30 Coletor 1. Elementos para o cálculo.

. . .

. .

Faz-se o mosaico, isto 6. divide-se a área de cada bacia em áreas contribuintes dos diversos poços de visita. Se as áreas do mosaico forem pequena?, podem-se agrupar diversas áreas para simplificar o trabalho de cálculo. Dos coletores, por exemplo, na Fig. 3.30, em vez de considerar isoladamente as áreas A, B e C, poderíamos agrupá-las numa área única (A + B + C) e D, E e F numa área única (D + E + F). Calculam-se as áreas parciais, verificando se sua soma coincide com a Area total da bacia calculada de um modo global. Classifica-se a impermeabilidade das áreas locais colocando na coluna (9) o valor do coeficiente r . No caso, suponhamos tratar-se de zona residencial urbana, e então r = 0,60. Colocam-se na planilha os dados referentes ao primeiro poço do coletor principal mais a montante, isto é: coluna I - número do PV, isto 6, PV- I colunas 2 e 3 - situação (ma e estaca). As vezes esta é dispensada. como no exemplo que estamos fazendo. Deflúvios a escoar para jusantc

O B S E R V D Ç ~ E S : VIDE CD'LCULO

ANEXO

DO TEMPO EM PV-I

COLETOR

-I

ENG. RESP. FIRMA: N9 FOLHA

PLDNILHD

DE CÁLCULO

FLg. 331 Planilha de cáinilo de um coleto*de bguas pluviais.

DDTA

316

Instalaçries Hidrdulicas Prediais e Industriais

-Marcam-se os valores das bacias locais na coluna 8, agmpando-as como indicamos nu item 3.3.4.10: I Q bacia: 4,605 ha (escoa a água para PV-L) 2"acia: 1.085 ha (recebe a água das áreas A, B e C) 3"acia: 1,520 ha (recebe a água das áreas D, E e F) -Área total (coluna I O) I-rea total = 4,605 ha 2"rea total = 4,605 + 1,085 = 5,690 ha 3Qrea total = 5,690 + 1,520 = 7,210 ha -Coeficiente de distribuição n (coluna 1 I ) Usa-se o ábaco (Fig. 3.16). Com a área em hectares, acha-se o valor de n =A-o.'5, ou se calcula diretamente. Para a 1"ára: 4.605 ha n = 0.79 5,690 ha n = 0.77 Para a 2"ea: 7,210 ha n = 0,74 Para a 3"ea: - Tempo de concentração t, (coluna 12) A distância entre o ponto mais afastado da primeira bacia e o PV, é, suponhamos. L, = 370 m

L, = 0,37 km p = 0.50 (porcentagem, em decimal, da área da bacia coberta de vegetação)

.s=--35 -

370

-

0.05 13, declividade média do caminho L,

Tempo de concentração I, =

16 X 0,37 5,43 min (1.05 - 0,2 X 0.50) (5,13)"~

-Intensidadepluviométrica mkdia numa freqüência de I 0 anos (coluna 13) Considerando para o PV, o tempo de concentração calculado r,, com o tempo de duração de chuva em minutos e usando o gráfico da SERLA (Fig. 3.32) i, = 128 mmhora - Coeficiente de dqflúvio (coluna 14) No grsfico de Fantoli (Pig. 3.17). w m i = 128mmni f = 5,43 min temos: i X t = 128 X 5.43 = 695 Com r = 0.60 acha-sef = 0.38 -Deflúvio local (coluna 15) (coluna 16) Para o PV-1, é o mesmo valor que o deflúvio local, isto é, 492 11s.

-Defúvio a escoar

Galeria de jusante -Declividade A distância entre os poços PV-I e PV-2 é de 21,M) m e a declividade da rua. isto é. o greide, é de

Podemos adotar, para.declividade do coletor, esse valor ou outro ligeiramente maior, digamos, 0,032 mim. Marcamos este valor na coluna 17. -Diâmetro do coletor (coluna 18) Numa primeira estimativa do valor do diâmetro do coletor, podemos utilizar o grifico da Fig. 3.22 da fór-

Aguas Pluviais

DURACÃO

minutos)

Fig. 332 Chuva de projeto. Pluviógrafo de h j B 3-D.R.

mula de Forschheimer, ou os das Figs. 3.23 e 3.24, entrando com os valores da declividade e da descarga. Para o trecho entre PV- I e PV-2 temos: i = 0.032 Q = 492 Ils e obtemos D = 0,47 m. Usaremos coletor de 50 cm de diâmetro - Tirante d'água - Tirante crítico y, Cálculo do módulo crítico M

No trecho P,P,, a descarga é Q = 0,492 m1 . s-'

Para D = 0.50 Na Tab. 3.8 acha-se P = 0,1768

317

318


Com o valor de C,, entrando na Tab. 3.10 acha-se o valor de

D

= 0,92 (supondo y = y,). Daí,

y, = 0.92 X D = 0.92 X 0.50 = 0.46 m

Calculemos a altura de água no coletor para as condiçóes que temos (Q = 492 1 .s-'; 1= 0.32 d m ; D = 0.50 m), que vem vem a ser o tirante normal y, a fim de verificarmos se seu valor é inferior ao y,, isto é, se o regime é torrencial. Caso y seja maior do que y,, deveremos aumentar o diâmetro do coletor. Calculemos o fator K como indicado por Ulisses M. A. de Alcântara.

onde a descarga Q é expressa em litros por segundo e I, em décimos de milésimos. No caso, Q = 492 1 . s-' 1= 0,032 mim ou 32 milésimos ou 320 décimos de milésimos.

Portanto,

Calculemos o coeficiente C, para entrarmos na Tab. 3.9

D8/3

O termo - acha-se na Tab. 3.10. Assim, entrando com D = 0,50 e para n = 0,013. o valor obtido é 12,077. n

Com C, = 0,227, entrando na Tab. 3.10 se obtém

Donde, o tirante y

y < y, trata-se, portanto, de regime torrencial, que é o que convém.

Calculemos a velocidade v (coluna 22). Primeiramente, calculemos a seção de escoamento

C, se acha naTab. 3.9 em fun~áode

2 = 0,63 D

Aguas Pluviais

319

Tempo de percurso (coluna 25) entre PV- 1 e PV-2

No caso, L =Ll = 21 m v = v, = 3,78 m. s-I

O restante da planilha 6 elaborado seguindo a mesma marcha que acaba de ser seguida para o trecho entre W-1 e PV-2. Completada a planilha, têm-se os elementos para desenhar o perf~ldo coletor, tal wmo indicado na Fig. 3.33. O b s e ~ a Ç sobre k a pianilha Na coluna 6, na linha do PV-3, vemos dois números: o de cima, 12.95 m, 6 a wta de entrada do tubo de 50 cm no PV-3. Corresponde à diferença (0,lO - 0.50) com um acréscimo de 0.03 m. Entre PV-3 e o PV existente, temos uma extensãode 264 m e o desnível de terreno 6 de 14,37 11,30m = 3.07 m, o que corresponde a uma declividade média de 3.07 + 264 = 0,0116. Se adotarmos uma declividadede 0.01, o desnível será de 2 6 4 m, havendo uma diminuição no rewbrimento do coletor igual a 3.07 - 2,64 = 0,43 m. Para compensar essa diferença de modo que o coletor ao final. no PV existente, fique com o mesmo recobnmento que em PV-3, deveremos distribuir essa diferença de 0.43 m pelos PVs situados entre PV-3 e o PV existente. Alguns projetistas dividem a diferença pelo número de PVs intermediários, fazendo com que em cada PV haja uma cota de saída mais baixa que a de entrada. Pode-se, porem, descontar esse desnivel em alguns PVs apenas. No caso. a diferença de 0.43 m foi dividida da seguinte maneira: 0,10 m no PV-5 i.e.: diferença (11.65 m - 11.55 m) 0.33 m no PV-8 i.e.: diferença (10.58 m 10.25 m)

-

-

Tabela 3.11 Planilha aimplificada I

1

I

Sistema de drenagem pluvial k i p i t a @ o pluvioméhica: 170 m d h Coeficiente de escoamento: 0,8 Vazão: 0,04 Udm'

1 'e

Desenho nP

Daia

Folha

Cotas do coletor

Cota do D terreno Distância O Trecho pareia1 acumulada ícm) (mlI (I r') (mm) % D h (mm) (4;)(m. r') Montante Jusante Obs.:

-

225.00 321.00 1.492,00 1.773,00 1.773,00

100 100 100 100 100 100

13.0 11.0 7.0 15.0 5 5

9,O 3,&1 21,72 59,68 70.92 7092

200

UKI 200 300 300 300

72 72 75 80 100 100

144 144 150 240 300 300

0,l 0.38 0.1 0.38 0.5 0,4 0.5 0,5

0.85 1,00 1.00 1.00

30 30 27 21 13 08

29 29

23 15 10 O

320


Aguas Pluviais

321

Assim, no PV-5 temos: cota de entrada cota de saída e no PV-8 cota de entrada cota de saída

C.E. = 11,65 C.S. = 11,55

0mK C.E. = 10,58 C.S. = 10.25

m

Embora se possa representar o coletor com declividade da esquerda para a direi& (Fig. 3.341, algumas nomas exigem a representação tal como a da Fig. 3.33, isto 6,da dinita para a esquerda. Em alguns municípios t pemiitida a utilização de planilhas bem mais simples que a apresentada, notadamente se se trata de um conjunto industrial com armamentos f m a n d o quadras não muito grandes e terreno plano. A planilha a seguir 6. bastante simples e suficiente para resolver tecnicamente o problema da drenagem de áreas pequenas. Vê-se que foram admitidos até coletor a plena seção e velocidades abaixo de 1 m s-'. Trata-se, no caso, de armamentos entre blocos de uma indústria.

.

3.3.5 Projeto O projeto exigido pela municipalidade é constituído dos seguintes elementos: a. Memória descritiva. b. Desenhos.

3.3.5.1 Memória descritiva Da memória descritiva constam: a) Chuva prevista no cálculo. Determinação da vazão a exoar. b) Cálculo hidráulico dos coletores e ramais. c) Planilhas de cálculo.

3.3.5.2 Desenhos de projeto Do projeto constam os ~eguintesdesenhos: a) Planta da bacia esgotada. b) Planta de situação da rede. c) Perfis. d) h.ieto de obras especiais e 6rgãos acess6rios da rede.

-

CE. PV-3.13.91 0,92 : 12.95 D i v i d o Ò mudonpo de diâmetro:

-

12.95 0.20: 12.75 deanivel no pago

C.S.

2

PV-3=12.72m

C.E. PV-4'12.72 C.E.

-0,53

C.E. PV-5;12.18

12.18

C.S. = 12. 18 rn

Fig. 334 Representação grbf~ca do p d l de um coletor.

C.€.

-

: 11,65

C.S. =

11,íBm

0,53

322


PLuJa da bacril esgotcuio a) Escala = 1:5.000 b) Curvas de nível espaçadas, no máximo, de 4 em 4 m. Tratando-se de regiões de topografia pouco acidentada, para um melhor conhecimento do relevo. convem um menor espaçamento das curvas de m'vel. C) O desenho é. executado em papel vegetal liso, 80-85 a nanquim. escrito a nomógrafo, nos tamanhos padrões da ABNT. Dessa planta constam: a) Pontos críticos e áreas afetadas pelas inundações e deposição de matéria sólida. b) Obras de cabeceiras para a contenção de matéria sólida. c) Delimitação de áreas do terreno de acordo com seu uso e permeabilidade. Segue os seguintes padróes: a ) ~scala:1 : l . W b) O desenho é executado em p w l vegetal liso, 80-85 g. a nanquim, escrito a nonnúgrafo. nos tamanhos padronizados pela ABNT, obedecendo às convenções da Fig. 3.34. c) O traçado da rede 6 projetado até o wrpo receptor existente, com respectivos diamenos e sentido de escoamento até esse corpo

pe* Atendem aos seguintes padrões: a) Escala vertical: 1:100 b) Escala horizontal: 1:1.000 C) Executado em papel vegetal liso, 80-85 g, a nanquim, escrito a normógrafo. com os tamanhos padrões da ABNT. Desse desenho constam: a) Perfil natural do terreno. b) Grade, projetado para o logradouro w m respectivos elementos. C) Fundo e teto das galerias projetadas. d) Poços de visita. e) Cota de fundo em todos os poços de visita, referidas a R N (referências de nível) oficial, devidamente identificado. f) A marcação das estacas de locação das galerias ser6 em ordem crescente da esquerda para a direita, e começando sempre de jusante. g) Elementos finais de cálculo hidráulico. para cada trecho entre poços de visita, como sgam:

Tabela 3.12 Area (ma)esgotada por tubos d e vários materiais

I Diâm. I interno D

(mm)

I

W C -. .cobre. alumínio. fibmirnento n = 0,011 0,590

1%

2%

4%

Fem fundido. concreto alisado n = 0,012 0,556

1%

2%

4%

1

Cerâmica 6swra: concreto mal-alisa'do n = 0,013 0,596

1%

2%

4%

1

-declividade, -descarga real;

-velocidade real; -tirante real; -comprimento do m h o .

3.3.5.3 Vazões com condutores horizontais (Umin) circulares com altura da lamina d'água igual 213 do diâmetro. Fórmula de Manning-Strickler:

Q -Umin K - 60.000 S-m2 n - coef. de mgosidade R -raio hidráulico -m I -declividade, mlm

3.3.5.4 Areas de contribuição para cálculo de vazão em calhas, coletores e condutores verticais.

Fig. 335 &as

de contribuição.

WILKEN. Paulo Sampaio. Engenhorio de drenagem supeflcial. Convênio BNH - ABES - CETESB. 1978. PFAFSTE'ITER, Ono. Chuva intensas no Brasil. Depammcnto Nacional de Obras de Saneamento, 1957. GARCEZ, Lucas Nogueira. Hidrologia. Editora Edgard Blucher. 1967. ARMCO. Manwl da idcnico de burims e drenw. DURANA. Técnica em plástico. Calha de fiberglass. SHo Paulo. MICHELIN, Renato G. Drenagem supeqicial e subterrânea de csrmdos. Edit. Multibn., Pono Alegre. 1975. OLIVEIRA, Erancisca Maia de. Drenagem de eshodns. ALCÂNTARA. Ulisscs M.A. de. Roteim para o projeto de galeria pluviais de se480 circular. Engenhoria sunitdria. ADIS. Rio dc lancim. junho de 1962-AnoI-nrl. AZEVEDO NETTO, J.M. de. M m u l de hidrdulico. Editora E d ~ a r dBIUchcr, 6' cdiçáo, 1973. SURSAN - N o m s pira projetos de esgotamento pluvial. 1976. RONDON DE SOUZA, Dioclcs. Hidmtécuica continex~lai.Hidmlogia. novimbro de 1914.T m d e l i y ~ t D m h c i a . LINSLEY, R.K., KOHLER. M.S. e PAUUNE, J.L.H. Hyd>ologyfor rnginerrs. McGraw- Hill Book Company, NY,1958. ClidbgoJ Companhia Mwlúrgica B d -fampacs. n i b s . S i S.A. Wum Qulmicos vara C n i s ~ a ~ . Tigre - tubos e conexões. ~ q u a p l u v~ e i r á l

- Insrallyõo Preduis & hguas Plu\iai~- NB-61 l f l 9 da ABNT. -Tubos de PVC rlpido para inrinlaçõcs de 4guas pluriais 88.753

Instalações de Proteção e Combate a Incêndio

4.1 GENERALIDADES As instalaçòes de água potável, de esgotos sanitários e de águas pluviais, quando projetadas ou executadas inadequadamente, podem acarretar prejuízos de ordem material considerável, infligir danos à saúde das pessoas e comprometer até mesmo suas vidas. Uma instalação de proteção e combate a incêndio, entretanto, apresenw-se de uma forma mais direta e evidente como a salvaguarda de bens e de vidas humanas, que, na catástrofe de um incêndio, lamentavelmente podem ser desinúdos. Enquanto os efeitos negativos de instalações inadequadas se processam geralmente de forma lenta, as consequências de um incêndio não debelado prontamente são imediatas e sinistras. O valor de uma vida humana justifica por si as despesas, mesmo elevadas, que se façam, visando a resguardá-la das conseqüências da inupção de um incêndio, as quais vão desde o pânico, asfixia por fumaça e queimaduras, numa escalada que pode terminar com a carbonização do corpo. Tratando-se de uma instalação à qual se espera nunca ser necessário recorrer e que, felizmente, quase sempre fica apenas aguardando a eventualidade de um temível evento, existe uma tendência a se desprezar a possibilidade do sinistro, o que, conscientemente ou não, tem por efeito procurar justificar a economia com a execução de instalações inadequadas e o não-atendimento a exigências de ordem arquitetônica e constmtiva, cuja importância é primordial. A Engenharia de Prevenção contra Acidentes consagra especial importância ao estudo da chamadaprorefão contra fogo. Esta proteção visa a salvaguardar vidas e bens, prevenindo contra a possibilidade de um incêndio, e a proporcionar meios de debelá-lo, caso ocorra. Para conseguir esses objetivos devem ser adotadas:

4.1.1 Medidas de prevençáo de incêndios Devem ser consideradas desde o momento em que se inicia um projeto arquitetõnico e se elaboram as especificações dos materiais de construção. O confinamento do incêndio pelo isolamento das áreas com portas corta-fogo: o uso, sempre que possível, de materiais incombustíveis; a previsão de uaídas de emergência; instalações elétricas que venham a funcionar sem sxçesso de carga e com os dispositivos de segurança necessáxios, são alguns dos pontos a merecer consideração. (Ver, p. ex., as EB da ABNT sobre portas corta-fogo, 920, 132.)

4.1.2 Instalaqões contra incêndio Compreendem as que objetivam detectar, informar onde se iniciou o incêndio e debelá-lo com presteza tão logo irrompa, evitando que se propague e. portanto, restringindo o montante dos prejuízos e impedindo que as pessoas venham a sofrer algum dano. Cuidaremos. neste livro. apenas das instalações contra incêndio, ficando as medidas de prevenção para serem consultadas em obras e legislação sobre higiene e segurança do trabalho, códigos de obras e em livros de arquitetura. As instalacões contra incêndio no Brasil obedecem as normas das seguintes entidades: - ~ e ~ a r & e n t oNacional de Seguros Privados e Capitalização, DNSPC - National Fire Protection Association, NPFA.

- Associação Brasileira de Normaí Técnicas - ABNT. -

Instituto de Resseguros do Brasil, Portaria n.' 21 de 5 de maio de 1976 e Circular n.' 19 de 6 de março de 1978.

- No Rio de Janeiro, o Decreto 897 de 21 de setembro de 1976 - Código de Segurança Contra Incêndio e Pânico

(COSCIP), que regulamentou o Decreto-Lei n." 247, de 21-07-75. - NormaRegulamentadora NR-23 da Portarian." 3214de 08-06-78 que regulamenta a Lei n." 6514 de 22-12-1978 da

Consolidação das Leis do Trabalho. Ao se iniciar um projeto de instalação contra incêndio, deve-se ter sempre em vista que a principal condição para o êxito na extinção do fogo é a rapidez com que a instalação entra em funcionamento. Isso pressupóe, evidentemente, que a instalação tenha sido bem projetada e executada, permitindo fácil e efetivo funcionamento. Os primeiros minutos são decisivos no controle do fogo. Não sendo combatido prontamente, é pouco provável que o socorro do Corpo de Bombeiros evite danos consideráveis. apesar da presteza com que atende. A instalação deve ser feita de tal modo que possa tembém auxiliar a ação dos bombeiros. logo que estes intervenham.

4.2 CLASSES DE INCÊNDIO O Código de Segurança contra Incêndio e Pânico do Rio de Janeiro (COSCIP), em seu artigo 82, e a NR-23 da Portaria n." 3214 do Ministério do Trabalho dão a seguinte classificação para os incêndios, conforme a natureza do material a proteger: I. Classe A. Fogo em materiais comuns de fácil combustão com a propriedade de queimarem em sua superfície e profundidade, deixando resíduos. É o caso da madeira, tecidos, lixo comum, papel, fibras, forragem etc. A estes poderíamos acrescentar alguns outros mencionados no Federal Fire Council, tais como o carvão, coque, filmes e material fotográfico. U. Classe B.Fogo em inflamáveis que queimam somente em sua superfície, não deixando resíduos, como óleos, graxas, vernizes, tintas, gasolina, querosene, solventes, borracha, óleos vegetais e animais. 111. Classe C. Fogo em equipamentos elétricos energizados (motores, geradores, transformadores, reatores, aparelhos de ar condicionado, televisores, rádios, quadros de distribuição etc.). IV. Classe D. Fogo em metais pirbfoms e suas ligas (magnésio, sódio, pothsio, alumínio, zircônio. titânio e outros). Inflamam-se em contato com o ar ou produzem centelhas e até explosões. quando pulverizados e atritados.

4.3 NATUREZA DA INSTALAÇAO DE COMBATE A INCÊNDIO RELATIVAMENTE AO MATERIAL INCENDIADO A escolha da substância com a qual se irá apagar o incêndio, o tipo de instalação e o modo de executá-la dependem da natureza do material cujo incêndio se cogita debelar. Há materiais combustíveis cujo incêndio pode ser apagado com diversas substâncias. como é o caso da madeira, papel e tecidos, mas há outros cujo incêndio só pode ser contido e apagado com produtos especiais, como ocorre com o álcool. solventes, gás liquefeito e muitos outros. No caso de óleos, querosenes e solventes minerais, a escolha do produto extintor e do sistema depende do ponto de fulgor dos mesmos. O ponlo de fulgor ouflash-poinl. indicador da presença de elementos voláteis no produto, é a temperatura em que, ao se passar uma chama com formato especial sobre a superfície do óleo, no rebordo do recipiente que o contém, se observa uin fulgor na chama. Os pontos de fulgor e de combustão dos derivados de petróleo sk>importantes para um projeto de combate a incêndio nas instalações que os armazenam. A Tab. 4.1, apresentada em Catálogo da Bucka, Spiero Comércio, Indústria e Importação S.A., fornece elementos para a escolha dos meios de combate a incêndio em funsão dos produtos cujo incêndio deve ser extinto. Vejamos algumas indicações sobre os sistemas e materiais utilizados nocombate a incêndioque serão esclarecidas com maiores detalhes no desenvolvimento do assunto ao longo deste capítulo.

Por ser abundante, de baixo cusco e por sua grande capacidade de absorver calor, o que a toma uma substância muito eficaz para resfriar os materiais e apagar o incêndio, a água é a substância que mais se emprega no combate ao fogo. É utilizada sob as seguintes formas: a) Jato (chamado geralmente de jato sólido ou ;alo denso). Usam-se bocais, com ponteiras chamadas requintes, ligados a mangueiras que, por sua vez, recebem a água escoada em encanamentos que constituem as redes de incêndio. As mangueiras são ligadas a hidrantes adaptados as redes. Em instalações ao ar livre, usa-se também um dispositivo denominado canhão, para lançamento de consideráveis descargas de água a grandes distâncias. b) Asperslio. Empregam-se aspersores especiais, de funcionamento automático, chamados sprinklers. A água pulverizada forma um chuveiro sobre o local onde irrompeu o incêndio, e o vapor d'água formado com a água espargida constitui, por si, uma barreira 2 penetração do oxigênio, elemento que, por ser comburente, alimenta a combustão.

326

Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais Tabela 4.1 Meios d e combate a incêndio e m funcão d o s produtos cujo incêndio deve s e r extinto

Meios de combate a incêndio e sua classificação

Agua em jato denso. Extintores com carga soda-ácido ou Jíauido

Espuma

Neblina d e água

A -Materiais

sólidas, fibras têxteis, madeira, pawl etc.

Sim

Sim*

1

sim*

Sim

1

sim

B - Liqdidos

inflamiveis, derivados de petróleo C - Maquinaria elétrica, motores, geradores, transformadores

D -Gases inflamáveis, sob pressão

(DyChemical Powder). Exintores. Instalações fixas

(CO,).

Extintores e instalações fixas

Não

Não

Sim**

Sim

Sim

Não

Não

Não***

N&~***

Sim

'Indicado somente para princípios de incèndio e incèndios de pequena extensàa, ** Indicado somente após estudo previa. ***Embora nãoindieado.existempossibilidadesdeemprego,após préviuestudo econsulta aocorpode Bombeiros e ai> Depanamcntu Nuci,>nal de Sepuran~ae Higiene do Trabalho do Minist6rio do Trabalho.

Existem também aspersores para operação não-automática. C) EmulsiJicaç6o com água. O sistema Mulsifire de emulsificação com água foi proposto e desenvolvido por Mather & Platt Ltda., representado no Brasil pela Resmat Ltda. Existe um sistema similar da Walther & Cie. de Koln, representada no Brasil pela Delta - Incêndio Eng. Ltda. A Wormald Resmat os fabrica para várias capacidades. Os óleos-combustíveis, lubrificantes e de transformadores; as tintas, vernizes e alguns líquidos inflamáveis tomam-se incombustíveis por meio da formaçlo de uma emulsão temporária com água sobre sua superfície. Para conseguir isso, o sistema Mulsifire utiliza bgua sob pressão sobre a superfície do 61e0, através de bicos especialmente desenhados, denominadosprojetores (Fig. 4.1). A água sai do projetor na forma de um cone emexpansão, em gotas finasmuito dispersas, com alta velocidade e distribuídas uniformemente sobre a área visada pelo projetor. É o impacto da Agua sob essa forma atomizada, na superfície, que cria a emulsáo. O acionamento do sistema Mulsifire se faz automaticamente por meio de detectares de fogo. Há diversos casos a considerar: 1) A área coberta pela proteção dos aspersores 6 reduzida, de modo que se podem empregar simplesmente empolas Quartzoid. Pelo aquecimento, o gás contido na empola se expande, rompendo-a, deixando livre a passagem da água, que, atingindo os projetores Mulsifire, se espalha em goticulas sobre o local (Fig. 4.2a). 2) Sendo ampla a área a proteger deve ser previsto considerável número de projetores Mulsifire atuando ao mesmo

Fig. 4.1 h j e t o r Mulsifire

Instalações de Proteção e Combate a Incèndio

327

Ng.4.2a Controles automáticos e projetores Mulsifire.

bar

Fig. 42b Curva de vazão do projetor de alta velocidade. Sistema Water Spray -tipo HV-17, da Wormald Resmat Ltda

tempo. Neste caso, instalam-se as empolas Quartzoid numa rede de ar comprimido, a qual se comunica com o diafragma de uma válvula de controle. Quando pelo calor a empola se rompe devido à expansão do gás nela contido, o ar comprimido escapa. A diminuição de pressão faz com que o diafragma de uma válvula Dilúvio se desloque, deixando passar a água sob pressão até o conjunto dos aspersores que aspergem simultaneamente a água nebulizada sobre o local a ser protegido (Fig. 4.3).Estainstalação com ar comprimido para comandar a válvula é usada quando existe perigo de congelamento de água no inverno. As tubulações ficam, portanto, normalmente secas. 3) Há várias zonas independentes a proteger. Cada região possui uma válvula que atua simultaneamente com uma válvula Dilúvio quando o incêndio ocorre na área por ela protegida. 4) Pulverização ou nebulização. É o caso. por exemplo, do sistema protectospray, da Resmat. É recomendado para

Fig. 4.3 Váivula automitica Dildvio e detector de empola Quartu>id.

328


Fig. 4.4 Extinção de fogo em um transformador, com nebulizaçáo (warer-sprayflooding-system, da Buckau-Walther & Cie. Aktiengesellschaft. Delta Incêndio Eng. Ltda.). Vê-se a gaiola, que é uma annaçao de tubulações envolvendo o transformador e onde são colocados os difusores de modo a espargir a neblina sobre as superfícies externas dos transformadores.

proteção contra incêndio em gases liquefeitos derivados do petróleo, como os empregados em indústrias e de uso doméstico, tais como o propano, o propileno e o butano. A pulverização deve ocorrer ao iniciar-se um vazamento de gás liquefeito, para evitar que se incendeie. Caso ocorra a ignição de gases que estejam escapando, a aplicação de água pulverizada sobre a superfície do tanque pode evitar um perigoso aumento da temperatura e pressão dentro do tanque, reduzindo o risco de ruptura do mesmo. A nebulização, ou pulverização com neblina, também é usada para extinção de incêndio em bancos de transformadores e de incêndio de combustiveis e óleos. Pode-se usar o canhão com um esguicho de formato especial para lançamento de neblina (esguichos tipos BSC e Akron Fog-Hog, da Bucka, Spiero, por exemplo). A ação da pulverização com neblina ocorre por ação de: - resfriamenro, pela facilidade de as partículas multiplicarem a eficácia da água na troca de calor; - abafamento, pela diminuição da taxa de oxigênio pelo vapor d'água que se produz; - emulsificação, pela ação das partículas da água com alta velocidade sobre o combustível, reduzindo sua inflamabilidade.

4.3.2 Espuma O sistema denominado espuma mecânica é aconselhado para líquidos inflamáveis, derivados de petróleo e solventes, e consiste no lançamento, sobre o local do incêndio, de considerável quantidade de espuma. A espuma é obtida pela mistura com água de um agente formador de espuma, o extrato ou concentrado, que é um produto de base proteínica, fazendo-se incidir sobre a mistura um jato de ar com o auxílio de um ejetor especial conhecido comoformador de espuma. O lançamento da espuma é realizado com dispositivos especiais, de que trataremos mais adiante, e também por canhões ou esguichos dotados de produtor de espuma.

Instalaróes de Profeçdo 1, Combate a Incêndio

329

4.3.3 Freon 1301 - Sistema Sphreonix O freon 1301 (bromo-trifluometano) é usado com excelentes resultados no combate a incêndio de madeira, papel, algodão, tecidos. líquidos inflamáveis, gasolina, gases inflamáveis, centrais telefônicas, computadores etc. Esse gás, inibidor da reação de combustão, é armazenado em recipiente de forma esférica, de dimensões reduzidas. o qual é colocadono teto sobre o local a proteger. Um dispositivo com fusível, semelhante ao adotado no sistemade sprinkler.7, permite, pela ruptura do fusível, a inundação do local com o gás, que não é venenoso. Pode ser empregado também em unidades portáteis manuais, em unidades portáteis automáticas e em sistemas fixos para saturação total, manuais ou automáticos.

4.3.4 Hallon 1301 Gás com as mesmas propriedades que o freon 1301, sendo utilizado das mesmas formas, pois se trata d o bromotrifiuormetano. É fabricado pela Wormald Resmat Ltda.

4.3.5 Gás carbônico (bióxido de carbono) O g& carbônico (CO,) B um gás inodoro e incolor, 1,5 vez mais pesado do que o ar, mau condutor de eletricidade, que não é tóxico nem corrosivo. Entretanto, pode causar a morte por asfixia, cegar (se lançado nos olhos) e produzir queimaduras na pele pelo frio. O efeito produzido pelo CO, na extinção dos incêndios decorre do fato de que ele substitui rapidamente o oxigênio do ar,Eazendo com que o teor de oxigênio baixe a um valor com o qual a combustão não pode prosseguir. Ao ser liberado no ar, seu volume pode expandir-se 450 vezes. É armazenado em garrafões cilíndricos de aqo sob alta pressão que podem ser agrupados em baterias em instalaçóes centralizadas. A atuqáo dos dispositivos automáticos de lançamento de CO, pode ser feita por sistemas elétricos, mecânia calor. OCO, é lançado sob as formas de gás, de neve ou de cos ou pneumáticos acionados por detectores de f u m a ~ ou neblina, conforme o tipo de espargidor empregado. Recomenda-se seu emprego em: - Cenuos de processamento de dados, instalação de computadores. - Tranformadores a óleo - geradores elétricos -equipamentos elétricos energizados. - Indústrias químicas. - Cabines de pintura. - Centrais térmicas; geradores diesel elétricos. - Turbogeradores. - Tipografias, filmotecas, arquivos. - Bibliotecas, museus e caixas fones. - Navios, nas centrais de controle. A instalação de CO, emprega boquilhas de aspersão que se assemelham as usadas nos sprinklers de água. Em recintos com portas efou janelas, paraque a concentração de CO, atinja níveis com os quais o incêndio possa ser apagado, é necesfechadas. O chamado método de inundação total consiste sário que, ao se iniciar o lançamento do gás, as aberturas s e ~ u m no lançamento de CO, em recinto fechado, reduzindo o teor de oxigênio, abafando e extinguindo o fogo. OCO, pode ser usado em aplicação local sobre o material em combustão ou em descarga prolongada, como ocorre no caso de motores e geradores elétricos em combustão. A tubulação usada em instalações centralizadas de CO, e que conduz o gás em estado líquido até os difusores deve ser de tubos ASTM A-53 ou ASTM-120, galvanizados, e as conexões deverão ser forjadas, galvanizadas e para pressão de trabalho de 14 kgf.cm-l. O lançamento do CO, sob a forma gasosa, sem que ocorra congelamento com a descompressão, é feito por meio de difusores especiais, com orifícios calibrados, de modo que possa ser obtida a concentração de CO, no tempo prescrito pela norma aplicável ao caso. A instala$ão central de CO, deve funcionar automaticamente. Para isso, existem detectores que atuam sob a açáo do calor ou da fumaça e que fecham um circuito elétrico, o qual aciona as cabeças de comando. Estas peças são colocadas lateralmente na válvula de pelo menos dois dos cilindros de CO, de cada instalação, os quais são designados por cilindros pilotos. Abrem a passagem auxiliar da válvula do respectivo cilindro por meio de um êmbolo que nela penetra ao ser acionada. Quando a concentração de CO, atinge 40%, o teor de oxigênio no ar pode ficar reduzido a 12.5%. sendo impossível a vida.

4.3.6 Pó químico seco O pó químico é fornecido em extintores portáteis com mangueiras de até 10 m, os quais nos tipos de maior capacidade podem ser colocados em carrinhos com rodas de borracha. E empregado no combate a incêndio em indústrias. refinarias. fábricas de produtos químicos, aeroportos etc.

330

lnstalafõrs Hidráulicas Prediais e Industriais

O produto químico básico é o bicarbonato de sódio micropulverizado, tratado de modo a não absorver umidade, ou o sulfato de potássio, substâncias não tóxicas que podem ser armazenadas por tempo indeterminado. Obedece à Especificação P-EB-148 da ABNT. Alguns tipos empregam um cilindro com o pó e outro com CO,, ou mesmo ar, que funciona como propelente do pó. Quando se abre a válvula, o CO, passa para o compartimento contendo o p6 químico, que, assim pressurizado, é lançado sob a forma de uma nuvem, quando se aciona um gatilho na pistola de lançamento. Existem outros tipos, nos quais o p6 fica numa câmara com nitrogênio pressurizado e pronto para uso imediato. Com essa operação, a pressão do gás se transmite a uma peça chamada cabeça do descarga, ou de comando, que força a abertura da passagem principal da válvula, dando início à descarga e transmitindo a pressão aos demais cilindros do sistema.

4.4 CLASSIFICAÇÃODAS EDIFICAÇÕES Segundo o código de Segurança contra Incêndio e Pânico para o Rio de Janeiro (Decreto no 897, de 21-09-76). Para efeito de determinação de medidas de segurança contra incêndio e pânico, as edificações são assim classificadas: a) Residencial. - Privativa (unifamiliar e multifamiliar). - Coletiva (pensionatos, asilos, internatos e congêneres). - Transitória (hottis, motéis e congêneres). b) Comercial (mercantil e escritório). c) Industrial d) Mista (residencial e comercial). e) Pública (quartéis, ministérios, embaixadas, tribunais. consulados e congêneres). f) Escolas. g) Hospitalar e laboratoriai. h) Garagem (edifícios, galpões e terminais rodoviários). i) De reunião do público (cinemas, teatros, igrejas, auditórios, s a l k s de exposição, estádios, boates, clubes, circos, centros de convenções, restaurantes e congêneres). j) De usos especiais diversos (depósitos de explosivos). k) De munições, inflamáveis, arquivos, museus e similares.

4.5 INSTALAÇÕES DE COMBATE A INCÊNDIO COM ÁGUA. CARACTERIZAÇÃODOS SISTEMAS EMPREGADOS A instalação de combate a incêndio com o emprego de água pode ser realizada por um dos seguintes sistemas de funcionamento:

4.5.1 Sistema sob comando (regido pela NB-24/57) É assim chamado o sistema em que o afluxo de água ao local do incêndio é obtido mediante manobra de registros localizados em abrigos e caixas de incêndio. Os registros abrem e fecham os hidrantes, também chamados tomadas de incêndio, e permitem a utilização das mangueiras com seus respectivos esguichos e requintes. Em estabelecimentos fabris com amamentos e em conjuntos habitacionais, a rede de abastecimento de água deve alimentar hidrantes de coluna nos passeios, distanciados de 90 em 90 m. de modo a permitir o combate direto ao incêndio com a adaptação de mangueiras (se a pressão for suficiente), ou a ligação à bomba do carro-pipa do Corpo de Bombeiros (CB).

4.5.1.1 Hidrante ou tomada de incêndio É o ponto de tomada d'água provido de registro de manobra e união tipo engate rápido. No interior dos prédios. é colocado na caixa de incêndio, juntamente com a mangueira e o esguicho. As caixas de incêndio são colocadas na pmmada da tubulação de incêndio em quantidade e locais tais que assegurem a possibilidade de combater o incêndio em qualquer ponto do pavimento onde se encontram, usando mangueiras de até 30 m de comprimento, isto é, usando dois lances de 15 m engatados (Fig. 4.6). Na determinação da faixa coberta pela ação do jato de uma mangueira, pode-se considerar ainda mais 7 m correspondentes ao alcance dojato. Cada hidrante em instalação de risco médio consta de: - Um regise0 de gaveta de 21%". - Uma junta Storz de 2M" que permite a adaptação da mangueira do CB (Fig. 4.7). - Uma redução de 2M" para 1%" para permitir a adaptação da mangueira colocada na caixa de incêndio, e que t operada pelos mradores. - Mangueira de I%", com junta, esguicho (Fig. 4.8) e requinte (bico) de 'h".


Fig. 4.5 Corte esquemtítico simplificado de uma edificação, representando a canalizaçáo preventiva c o abastecimentode Agua.

Idmploslo 2

Ma

irosca *i. i t o i i l R.dup60

1I / ~ P / I

I .toir p/i..torzI VISTA DE FRENTE

Ii

VISTA LATERAL

VISTA SUPERIOR

~ 6 ~ P0R ~ ~ T I C0 O PARA ENROLAR MANeUElRAS

Fig. 4.6 Caixa de incêndio com hidrante.

Vem

331

332


CONEXAO PARA MANGUEIRA DE INCENDIO MATERIAL: LATA0 DE ALTA RESISTENCIA TIPO STORZ - CONFORME DIN (NORMAS ALEMASI ENGATE RAPIDO - PRESSA0 OU VACUO EMPATAMENTO EXTERNO Dimensóes

I 1 112" 1

Fig. 4.7 Conexão para mangueira de incêndio.

Esguicho jato sólido 1. 112" Artigo

Diâm. Storz

330-A 331

Requinte Fixo

i . 112"

Desmont.

335

Fig. 4.8 Esguicho cônico com adaptação Storz. Material: tubo de latão de alta resistência, da N.L.F. Hidroválvula Ltda.

4.5.1.2 Hidrante de passeio (hidrante de recalque) (Fig.4.10) Ê um dispositivo instalado na canalização preventiva de incêndio, destinado à ligação da mangueira da bomba do carro do CB, que permitirá o recalque da água da canalização pública para dentro do prédio, de modo que os soldados do CB possam ligar suas mangueiras nos hidrantes das caixas de incêndio. O registro é protegido por um tampão Storz (Fig. 4.9).

TAMPAO COM CORRENTE MAT.: LATAO DE ALTA REÇISTENCIA COM

I

ARRUELADEBORRACHA STORZ 1 112'

2 1/2' 4'

I

Fig. 4.9 Tampão com corrente.


a

VISTA

VISTA

333

SUPERIOR

LATERAL

Fig. 4.10 Hidrante de passeio.

4.5.1.3 Hidrante urbano ou de coluna (Fig. 4.11) É um hidrante de coluna, ligado B rede de abastecimento da municipalidade (Fig. 4.1 1). Permite a ligação direta das mangueiras do CB ou do mangote de aspiração da bomba do carm do CB. Sua instalação é atribuição d o órgão competente do municfpio, encarregado do abastecimento de água. Deverá haver um hidrante de coluna no máximo a 90 m de distância útil d o eixo da fachada de cada edificação ou d o eixo do lote (h. 21-COSCIP). É exigido o hidrante de coluna nos casos de loieamento~.agrupamentos de edificaç&r unifamiliares com mais de seis casas ou lotes. agrupamentos residenciais multifamiliares e de grundes e~rahelerimenro~.

Flg. 4.11 Hidrante de coluna.

334


cnsrpn BOCbS EXPULSORIS

REGISTRO OLOBO 2 L/?," 4"iP

eABEGA

100 c n

III

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1/2"a21/2"

LR" F E M L A

LADAprAçb

z 2

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L/P"JiORi

Fig. 4.12 Instalação de hidrante de coluna

Os hidrantes de coluna são localizados no passeio junto ao meio-fio. Nos armamentos de instalações industriais, são colocados hidrantes de coluna com duas, tr&sou quatro bocas. para adaptação de mangueiras de 2%" (Figs. 4.12 e 4.13). Adapta-se uma válvula em esquadro (9D0 ou 45") em cada boca, com junta Storz para ligação da mangueira (Fig. 4.14) ou derivantes simples (Fig. 4.15). Os hidrantes são colocados do lado esquerdo dos abrigos das mangueiras.

4.5.1.4 Mangueiras de incêndio O comprimento das linhas de mangueira e o diâmetro dos requintes podem ser determinados de acordo com a seguinte tabela:

Tabela 4.2 Linhas de mangueiras Comprimento mAximo Diâmetro 28 mm ( I 112") 63 mm (2 112")

Requintes Diimetro 13 mm(112") 19 mm (314")

As linhas de mangueira. a criiério do Corpo de Bombeiros. podem ser dotadas de esguicho de jato regulável tipo Elkan para jato denso ou pmdução de neblina em substituição ao esguicho tronc6nico (Fig. 4.8) com requinte comum. O requinte adaptado extremidade do esguicho destina-se a dar forma cilíndrica ao jato de Bgua.

C O L U N A DE HIDRANTE DE 3 " OU A", FABRICADA EM TURO MANNESMANN ENTRADA FLANGEAOA E 2 SAIDAS DE 2 1/2TESTADA A 200 KG/CMS. (3WO LIBRAS)

Fig. 4.13 Coluna de hidrante de 3" ou 4" fabricada em tubo Mannesmann, entrada flangeada e duas saídas de 2 M"testada a 200 kg/cm2

( 3 . W libras).

VALVULA E M ESCIUADRO 9W P/ M O N T A G E M

ALTA

~

~~

~

~

LATAO DE RESISTENCIA ENTRADA ROSCA 2 1/2', ROSCA GAS SAIDA 2 112. ROSCA MACHO OU ADAPTAVEL COM STORZ TESTADO A 400 LIBRAS

MAT.:

Fig. 4.14 Válvula em esquadro 90" plmontagem. Material: latâo de alta resistência. Entrada rosca 2 'h",rosca gis, e saída 2 M", rosca macho ou adaptável com Storz testado a 400 libras.

DERIVANTE SIMPLES MATERIAL: ALUMINIO SILUMIN O U LATA0 D E P L T A RESISTENCIA ENTRADA FEMEA DE 2 112.. 2 O U 3 SAIDAS MACHOS DE 1 112". 2' O U 2 112". ROSCA OU ADAPTAVEL COM ENGATE RAPIDO STORZ

Fig. 4.15 Derivante simples. Material: alumínio Silumin ou latão de alta resistência. Entrada fêmea de 2 !h", 2 ou 3 saídas machos de I 'h", 2" ou 2 M", rosca ou adaptsvel com agente rápido Storz.

Existem esguichos que possuem uma alavanca que, convenientemente manobrada, provoca a produção de neblina de baixa velocidade, lançada por um orifício localizado na parte interior do mesmo. As mangueiras e outros apetrechos devem ser guardados em abrigos, junto ao respectivo hidrante, de modo a facilitar o seu uso imediato. Em cada abrigo são colocados dois lances de mangueira de 15 m de comprimento, com juntas Storz, enroladas como mostra a Fig. 4.6. Em instalações de conjuntos de edificações fabris, em bases de transferência de combustíveis e em instalaçòes industriais com anuameutos, as mangueiras podem ficar guardadas em armários geralmente de chapa de aço, junto dos hidrantes de coluna. As mangueiras de combate obedecem à Norma Brasileira NB-24, as determinaçòes da COSCIP e do Corpo de Bombeiros Estadual ESP-CB-002A; são de 38 8 (('h'*) ou de 63 mm (2%") de diâmetro interno, flexíveis. de fibra resistente a umidade, revestidas internamente de borracha, capazes de suportar a pressão mínima de teste de 20 kgf:cm-', dotadas de junta Storz e em lances de 15 m de comprimento. E o caso das mangueiras Parsch Super da Bucka, Spiero - fabricadas de fibra longa de algodão, com revestimento interno de borracha. A pressão de ruptura se situa acima de 28 kgf/cm2. Para pressões maiores, o referido fabricante produz outros tipos, como o Mundialtlex, Sintex e Sintex Plast, com fibra de rami, fibra sintética pura (pliéster) e revesti~nentode borracha ou plástico.

4.5.2 Sistema automático O sistema é dito automdtico quando o atluxo de água, ao ponto de combate ao inctndio, se faz independentemente de qualquer intervenção de um operador, pela simples entrada em ação de dispositivos especiais. Conforme o tipo a que pertencem, os dispositivos atuam ao ser atingido determinado nível de temperatura ou de comprimento de onda de radia~ões térmicas ou luminosas. ou pela presença de fumara no ambiente. Os sprinklurs ou aspersores automáticos de água, também conhecidos como chuveiros automáticos; os pulverizadores. emulsionadores -nebulizadorcs e os sistemas de inundaçr7o são acionados por dispositivos automáticos próprios a cada tipo. Simultaneamente com o lançamento da água sobre 11 local onde se iniciou o incêndio, deve ocorrer automaticamente o acionamento de um alarme sonoro e luminoso. indicando em certos casos, num painel' o ponto onde o misrni>está se verificando. Veremos mais adiante alguns dados sobre esse sistema de alarme e localização do ponto de incêndio.

4.6 INÇTALAÇÃONO SISTEMA SOB COMANDO COM HIDRANTES 4.6.1 Características gerais Consideremos primeiramente o caso de um edifício cuja instalação de combate a incêndio prevê caixas com hidrantes nos pavimentos (Fig. 4.16). Observemos primeiramente. como vimos no Cap. I, que nos edifícios existem dois reservatórios: um inferior, de acumulação de água vinda da rede pública; outro na cobertura, para alimentação das colunas de distribuirão dos aparelhos sanitários dos andares. Esses reservatórios são geralmente divididos em duas seções. e o cálculo da capacidade dos mesmos foi indicado no item 1.4. Um sistema de bombas A e D recalca a água do reservatório inferior para o superior. Neste, segundo alguns códigos. deve ser mantida uma reserva de água para um primeiro combate ao incêndio, capaz de garantir o suprimento de água no mínimo durante meia hora, alimentando dois hidratantes que trabalhem simultaneamente em locais onde a pressão for mínima. Essa reserva para incêndio é fixada pela legislação estadual e dependo do tipo de prédio. do núniero de pavimentos e do sistema segundo o qual são alimentadas as caixas de incêndio com hidrantes. O b a i l e t e de distribuição com a extremidade do tubo acima do fundo do reservatório assegura a citada reserva de água para incêndio e alimenta as colunas de descida da água, das quais derivam os ramais e sub-ramais que vão ter As peças de consumo (lavatórios, vasos sanitários etc.). Uma tubulação, saindo do fundo de cada seção do reservatório superior, alimenta as colunus de incêndio que, em cada pavimento, servem as caixas de incêndio. Estas colunas, ao atingirem o teto do subsolo ou o pavimento térreo. se não existir subsolo, se ligam a uma tubulação que segue até o passeio em frente ao prédio, onde é colocada uma caixa com um registro chamado hidrante de passeio ou de recalque, ao qual já nos referimos. Na extremidade superior da coluna de incêndio existe uma válvula de retenfão que impede a entrada da água no reservatório superior, quando o Corpo de Bombeiros liga a mangueiradabomba do carro-tanque ao hidrante de passeio, recalcando a água até as caixas de incêndio nos andares. Abaixo da válvula de retenção, o Código de Segurança contra Incêndio no Estado do Rio de Janeiro manda que seja colocado um registro de gaveta, o que em outros códigos não é permitido. O emprego de uma bomba de incêndio de funcionamento automático decorre da conveniência e mesmo da necessidade de: a) Consuuir-se um reservatório superior de menor capacidade, cuja reserva para incêndio seja de apenas 50% do total de água necessária ao funcionamento de dois hidrantes simultaneamente. Este reservatório deve ter no mínimo 10.000 litros de reserva para incêndio, segundo a NB-24 da ABNT (An.6.5.1. I). Mesmo usando a bomba, o reservatório inferior devera ter capacidade total de no mínimo 120.000 litros, segundo a NB-24 (An. 6.5.2). O Código de Segu-

Instalaçdes de Pmteçdo e Combate n Incgndio

Ng.4.16 Diagrama de instalação de combate a incêndio

337

338

Instaiações Hidráulicas Prediais e Industriais

rança contra Indndio no Estado do Rio de Janeiro estabelece reservas técnicas para atender aos hidrantes em função da natureza, finalidade e características do prédio, isto é, conforme a classe de risco, como pode ser visto na Tab. 4.3, que, para certos casos, conduz a uma previsão de reserva de água inferior ao valor acimacitado (Tabs. 4.7 e 4.8). b) Obter-se pressão mínima de 1kgf.cmZ2e máxima de 4 k g f . ~ m -nos ~ hidrantes (Art. 27 do Dec. 897 de 21-09-76 do Estado do Rio de Janeiro). Dependendo do caso, a pressão mínima poderá ser fixada em 4 k g f a r 2 (instalações industriais, pátios de atmazenamento etc.). Ver a Tab. 4.7. A pressão efetiva de 1 k g f a r 2 (10 mca) não será possível de se obter nos três últimos pavimentos superiores com o desnível existente entre o reservat6rio superior e as caixas de incêndio. Portanto, torna-se necessária uma bomba de incêndio (B) recalcando a água do reservatório inferior napr6pria tubulação de incêndio a que estamos nos referindo (Fig. 4.16). de modo a se obter a pressão necessária ao jato, inclusive nos três pavimentos superiores. Uma válvula de retenção (R) impede que a água bombeada alcance o hidrante de passeio. A bomba atender6 as caixas desde o último pavimento até o subsolo, se este existir. Uma solução permitida consiste em instalar-se, na cobertura, uma bomba para pressurizar a água. de modo que, nos três últimos pavimentos servidos por uma tubulação independente. seja possível contar com a pressão exigida. É preciso que a alimentação da energia elétrica das bombas se faça por derivação antes da caixa secciouadora. Quando na impção de um incêndio for possível o uso de caixas de incêndio abaixo do antepenúltimo pavimento, podese contar com a pressão proporcionada pela reserva de água na caixa superior. Esgotada esta, ligar-se-á abomba de incêodio. Costuma-se, entretanto, quando existe bomba, executar a instalação de acionamento de modo que a mesma, pela atuação de uma válvula automática de controle, entre em ação logo que ocorra a abertura de um hidrante em qualquer dos andares, e então a água para o combate ao incêndio será proporcionada pelo reservatório inferior. A reserva superior praticamente servirá para manter a escorva da bonibae o lançamento da água durante o pequeno espaço de tempo que a bomba leva para entrar em regime após a ligação automática do motor. As bombas a serem empregadas nas instalações para combate a incêndio são centrlfugas com um, dois ou mais estágios, havendo certa preferência para as bombas de carcaça bipartida horizontalmente para descargas consideráveis. São acionadas por motores elétricos tnfásicos. A alimentação de energia para esses motores não deverá passar pela caixa seccionadora, onde há fusíveis, ou pelo disjuntor automático geral do prédio, mas derivar do alimentador do prédio, antes desses elementos de proteção, de modo que o corte da energia elétrica, na ocorrência do incêndio, não impeça as bombas de funcionarem. A partida das bombas deve se fazer automaticamente, com um relé e disjuntor acionado por pressostato, sensor ou válvula automática de controle que, por sua ação, seja capaz de ligar a chave do motor elétrico ao ser aberto qualquer hidrante em virtude da queda de pressão pelo escoamento que se estabelece. Para maior segurança, nos casos que serão mencionados na Tab. 4.7, deve-se instalar uma outra bomba movida por motor de combustão interna, geralmente diesel, ou empregar um gmpo diesel-elétrico de emergência, capaz de suprir de energia os motores das bombas no caso de falha no fornecimento de energia da rede pública. A partida do motor diesel deverá efetuar-se automaticamente. Convém notar que se instala apenas uma bomba acionada por motor elétrico e outra pelo motor diesel. Não se instala bomba de reserva neste caso. Quando ainstalaçáo for de grande porte, usa-se uma bomba Jockey de pequena capacidade. e apenas parapressurizar a rede de combate a incêndio. A Fig. 4.17a representa um fluxograma típico de instalação contra incêndio, em uma casa de bombas. A Fig. 4.17b

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I

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I

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Fig. 4.170 Fluxograma de combate a incêndio (Exemplo).

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1 0 HP

Instalações de Proteçbo e Combate a Incêndio

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Fig. 4.17b Instalaçáo de combate a incêndio com equipamento na cobertura,usando o reservatório superior para suprimento de igua i S bombas.

mostra uma solução permitida no Rio de Janeiro, desde que a alimentação dos motores das bombas se faça antes da caixa seccionadora. O Corpo de Bombeiros do Rio de Janeiro admite, dependendo de consulta, a dispensa do grupo bomba-motor-diesel. desde que a alimentação dos motores das bombas de incêndio fique assegurada. mesmo após o desligamento da energia para uso do prédio. Na Fig. 4.18 temos uma bomba de incêndio acionada diretamente por um motor eléhico, o qual pode tamb4m ser alimentado pela energia fornecida por um gnipo motor-gerador (diesel-elétrico). A segunda hipótese, Fig. 4.19, supõe dois gmpos independentes recalcando numa mesma linha. Um é constituído por um grupo bomba motor-eléhico, e ouao, por um grupo bomba-motor de combustão interna, não funcionando simultaneamente. Recomenda-se que as bombas sejam instaladas, sempre que possível, afogadas. Quando isto não for possível, 6 necessário adotar dispositivos de escorva rápida e segura. A escava, na realidade, está sendo permanentemente feita pela igua do reservatório superior, que graças à reserva prevista no Código manter8 a bomba sempre cheia de tígua. No início da tubulação de recalque deve ser instalado um by-pass, ligado ao reservatório inferior, para permitir que as bombas possam ser testadas periodicamente. O funcionamentodesse by-pass pode ser acusado por um sinal de alarme, se desejado.

4.6.2 Estimativa da descarga no sistema de hidrantes Para a determinaçãoda descarga da bomba, que alimenta de igua os hidrantes, 6 preciso considerar a natureza da ocupação do prédio e o risco de incêndio que deve ser previsto. De acordo com a NB-24 da ABNT, temos a seguinte classificação: Classe A W i o s cuja classe de ocupação na tarifa de Seguros Incêndio do Brasil sejam 1 e 2 (escolas, residências. escrit6rios).

340


Fig. 4.18 Bomba para incêndio com motor alimentado pela rede de energia e gerador acionado por motor de combustão intema.

Fig. 4.19 Bomba acionada por energia da rede e bomba de emergência acionada por motor de combuslão intema

Classe B Prédios, cuja classe de ocupação sejam 3,4,5 e 6, bem como os depósitos ae classe de ocupação 1 e 2 (oficinas, fábricas, annazkns, depósitos etc.). Classe C Prédios cuja classe de ocupação na tarifa sejam 7, 8,9, 10, 11, 12 e 13 (depósitos de combustíveis inflamáveis. refinarias, estações subterrâneas de metrô, paióis de munição etc.). A descarga em litros por minuto em cada ponto de tomada d'ftgua, ou seja, em cada hidrante, é determinada pela Tab. 4.3. Tabela 4.3 Previsão de descarga dos hidrantes

I

Classe de risco A (resid., escritórios)

B C

I

I

Descarga (Umin) 250 500

900

I

Instolaçáes de Profqão e Combate a Inrrndro

341

A descarga em cada hidrante para se obter a proteção desejável depende da natureza da ocupação do prédio e do risco que lhe é atribuído. Algumas municipalidades adotam a Tab. 4.4 para indicação da descarga.

T a b e- l a- 4.4 ~ ~ ~~~

Pequeno (a) Médio (b) Grande (c)

1

2

3

4

5

Apartamentos e hotéis

Casas comerciais e escritórios

Armazéns e depósitos

Indústria

Diversos

250 250 250

120

360

250 500

500

250 500 900

Considerar cada caso em separado

900

Valores da descarga em litros por minuto.

4.6.3 Escolha da mangueira A Norma Brasileira de Proteção contra Incêndio recomenda a escolha das mangueiras conforme as Tabs. 4.5 e 4.6.

Tabela 4.5

I Diâmetro da mangueira

Grupos de ocupa(ão e riscos

I

Ia-Ib-Ic-2a-2h-4a ?c-3a-3b-4b-4c3c

38 mm(1 'h") 63 mm (2 'h")

1

Tabela 4.6

I Classes de prédios e riscos. Observação: No Estado do Rio de Janeiro, o comprimento único previsto 6 de 30 m para as mangueiras, podendo ser constituídas de duas seções de 15 m, ligados por juntas Storz.

4.6.4 Canalização preventiva e rede preventiva No sistema sob comando com bidrantes, é necessário observar a distinção que o Código faz entre canalizaçãopreventiva e rede preventiva contra incêndio. Canalizaçdo preventiva é a que corresponde a instalação hidriulica predial de combate a incêndio, para ser operada pelos ocupantes das edificações, até u chegada do Corpo de Bombeiros. É empregada em prédios de apartamentos, hotéis, hospitais e conjuntos habitacionais. Rede preventiva e o sistema de canalizações destinadas a atender As descargas e pressões exigidas pelo Corpo de Bombeiros em edificaçóes sujeitas a riscos consideráveis e maiores dificuldades na extinção do fogo, como ocorre nas fábricas, edificações mistas, públicas, comerciais, industriais, escolares, g a l p k s grandes, edifícios-garagem e outros mais. As Tabs. 4.7 e 4.8 resumem o que o Código de Segurança contra Incêndio e Pânico para o Rio de Janeiro prescreve relativamente aos itens ligados aos sistemas e às questões de armazenamento, bombeamento da Agua e equipamentos. Vejamos alguns casos especiais, cuja importância justifica alguns esclarecimentos.

342

Instalafões Hidrduiicas Prediais e Industriais

T a b e l a 4.7 Sistema preoentivofixo com hidrantes Item

I

Descrição

Resewuriirir>s Superior e inferior Reserva para incêndio no reserv. superior Quando náo houber rcscrv. superior. por se usar sistcma hidropneumático ou bombeamento direto. o reserv. inferior terá reserva téciiica de:

2

Conrilirriçüo

3

2. I . Prrshãi, mínima 2 2 Diâmetro mínimo 2.3. Pressão míniina em qualquer hidrante 2.4. Pressão mBxirna 2.5. Material Bombas de funcionamcnto automático

4

Mangueiras

4.1. Diâmetro

4.2. Comprimcnuto máximo

5

4.3. Pressão mínima de teste Keqninre (ponto de esg~iichol

6

Distância d p roda hidranfe no ponfo mais afastado a proteger

7

Abrigos para hidrante

8

Número dc hidrantcs

C o m canalização preventiva

C o m rede preventiva

Sim (ambos) Ar6 4 hidrantes: 6.000 1 6.000 I, acrescidos de 500 1 por hidrante excedente a 4 6.000 1. acrescidos de 500 1 por hidrante excedente dc 4

Sim, mas de modo que as bombas do CB possam usar a água do reservatório iiiferior facilmente. em substituição à do reservatório superior (Art. 33) Mínimo 30.000 1 no resrrv. quperior ou inferior. Deve atender ao funcionamento simuliâneu de 2 hidrantcs. coiii vazio total de 1.000 Ilinin durante 30 minutos. i pressàn de 4 kgf-cm (Artigos 38 e 39. Cap. Vil),

18 kgfxin-? 63 iiim (2 I/? " ) I kgf.cm-?(lO m-cal.águn) 4 kgf.cm~' Ferro galvanizado Duas com niotor elitricu para atcndcr a 2 hidrantes simultaneamente. cada uma (COSCIP exige unia)

18 k g f ~ n i i ? 75 mni 13" ) 4 kgf.cm ' obtido com b o m b a (Art. 39)

38 iiini (1 112") fibra rcvcst. interiiaiiiente de borracha Seções de 15 m ligadas por juritas "Sturz" 20 kgf,cm 13 mm (li?") ou esguicho de jato regulável 30 m

h3 iiirn ( 2 112" 1 uu 38 i I li?" I conforme exigido Seções de 15 m ligadas porjuntas Storr de 2 112" ou I 112" 2U kgf,cin ? 19 rnrn (314"). ou esguicho de jato regulivel conforme exigência do CB 30 m. Qualquer pantu do risco deusri ser simultaneamente alcançado por duas linhas de mangueira de hidraritei distintos.

Fcrro fuiidido ou avo galvanizado Lma com motor el61rico c outra com diesel para atender a 2 hidrantes himultancamente. Dotadas de dispoiiti\o de alarmc (ver itetii 4.6. I I

70 X 50 X 25 cm. Vidro de 3 mm Junta Storz de 2 112" niin retlilc;ãu para I 112" para iigagão da mangueira Tal que a distância sem ohstáculus entre cada caixa c o s respectivos poiilos maia distantes a proteger seja n i i máximo igual a 30 m

4.7 CASOS ESPECIAIS DE INSTALAÇÃO

4.7.1 Agrupamentos de edificações residenciais multifamiliares {Conjuntos habitacionais de prédios de apartamentos.) Conforme se pode observar n a Fig. 4.20, onde temos u m conjunto de seis edifícios de apartamentos:

- Usa-se canalização preventiva. - Pode-se eliminar o s reservatórios e m cada prtdio, substituindo-os por u m costeio d'água q u e alimentará a canalização preventiva. Capacidade do castelo d'água: a reserva tkcnica de incêndio é de 6.W I acrescida de 200 1 por hidrante exigido para todo o conjunto, além, naturalmente, d o volume para a água de uso geral, calculado conforme indicado n o Cap. 1.

Tabela 4.8

7 Item

Finalidade das edificacões

1

Aprirromenror até 3 pav. e 900 m: de area constriiida até 3 pav. r mais de 900 m' 4 pav. ou mais com mais de 30 m de altura

Hor4ix, hospiroi.í até 2 pav, e 900 m' até 2 pav. e mais de 900 ni' mais de 2 pav.. altura até 12 m mais dc 12 m de altura

Sistema de instalação prcventivo fixo Com canaliza(ão preventiva (CP) Com rede preventiva (RP) Dispensados Prever C P Prever CP e ponas ciirta-fogo Prever CP: usar tamh4m s p r i t ~ k l e nas r ~ panes dc uso comum, subsnlo e áreas de estacionariiento. c portas corta-fogrr Dispensado Prever C P Prcver C P r portas corta-fogo Prever CP: usar também ryrink1r1-s. sisteiiia elétrico de emergtncia e portas curta-fogo Prever CP coiiforiiie item I alem de hidrantcs nas ruas

EdiJ;i.a~órsnrictas. púhii
ati. 2 pav. e 900 m: dc área construída 4 pav. e até altura de 30 m niais dr 30 rn de altura até 2 pav. e mais de 900 m? e os de 3 pav. G < ~ l p õcom f ~ área igual o u superior a 1.500 m'

-I

Prever CP -

Prc\.er CP

Prever RP. Consultar o C 6 Prever RP: usar tambim prinkleri Consultar i>CB

Prcver RP

Prrvcr RP: consultar C. Bombeiros sobre instalasão de .rprinl;lers Golpriii-gnr
I

Prever RP: e sistema de rprintlers e detecsão. V ~ casos I especiais ein "Edificiogaragem"

O reservatório inferior deve possuir uma reserva que permita o funcionamento simultâneo de dois hidrantes durante meia hora. - O distribuidor das canalizações preventivas tem um diâmetro mínimo de 3" (75 mm). Sai do fundo docastelo d'água e é dotado de válvula de retenção e registro geral. .Cfaferiuld
4.7.2 Depósitos de inflamáveis Não é permitida a instalação de depósitos de inflamúveis a menos de 100 m de escolas, asilos, templos, hospitais, casas: de saúde, quartéis, presídios, residências, clubes, cinemas, teatros, prédios tombados, bocas de túnel. pontes, viadutos e outros locais julgados impróprios pelo Corpo de Bombeiros (Cap. XIII - Art. 96). As exigências quanto ao annazenamento de petróleo e seu. derivados constam da NormaBrasileira P-NB-216 de 1972 e da Resolução No 8-71 do Conselho Nacional do Petróleo. A Norma Brasileira P-NB-216 classifica os derivados líquidos de petróleo, conforme seu ponto defulgor, em três classes: Classe 1 Líquidos que possuem ponto de fulgor inferior a 37,S°C. São os produtos muito inflm'veis.

344

Instalaçóes Hidráulicas Prediais e Indushiais

Costilo:

Reserva incêndio 30 hid. x 2W I Total

=

= =

Ri,si,r~.rrf i.fi'rior: 2 hid. x 250 Ilmin x

CONJUNTO

6.000 1 6.WO I 12.000 1

30 min = 15.000 1

NORMAL

Fig. 420 Instalaçáo preventiva nos wnjuntos habitacionais cujo abastecimentoseja do tipo castelo d'água.

Classe I1 Líquidos que possuem ponto de fulgor igual ou superior a 37,X°C, mas inferior a 60°C. São os llquidos inflamáveis. A tensão de vapor é inferior a 2.8 hf/cm2. Classe Iii Líquidos que possuem ponto de fulgor igual ou-superior a 60°C. São os combustíveis líquidos cujo ponto de fulgor é inferior a 93,3'C. O Corpo de Bombeiros local especificari o sistema de combate a incêndio, conforme a classe de combustível ou inflamável.

4.7.3 Postos de abastecimento, de serviços e garagem

- É permitida a construção de postos de abastecimentos de autos nos logradoums permitidos pelo regulamento de -

-

mneamento do município, desde que as bombas e dep6sitos de inflamáveis sejam instalados a mais de 5 m das divisas do lote. Os tanques de inflamáveis e combustíveis terão, cada um, capacidade máxima de 30.000 1, não podendo a capacidade total ser superior a 120.000 1. Devem estar afastados no mínimo 4 m do alinhamento da via pública e de qualquer edificação ou instalação do projeto. O tanque metálico subterrâneo, destinado exclusivamente h armazenagem de 61eo IubrijTcante usado, não 6 computado no cálculo de armazenagem máxima de 120.000 1. Os postos ou os estabelecimentos com depósitos de inflanzáveis ou de combustíveis são obrigados a possuir extintores e outros equipamentos de segurança contra incêndio, em quantidade suficientee convenientemente localizados. No caso de galpão-garagem até 1.500 mZnão é necessário sistema preventivo fixo. Para 1.500mZou mais é necessário prever uma rede preventiva.

- Todo edifício-garagem, qualquer que seja o número depavimentos. dever6 ser provido de ca~lizaçãopreventiva contra Ntcêndio.

Instalaçóes de Proteção c Combate a 11idrzdio

-

-

345

Todo edifício-garagemcom mois & 10 pavimentos deverá ser dotado de instalação de rede de chuveiros automaticos do tipo sprinkler em todos os pavimentos, com painel de controle e alarme na portaria. Todo edifício-garagem até 10 pavimentos, inclusive, será dotado de sistema de alarme automático de incêndio, com detectares em todos os pavimentos bem como painel de conuole e alarme na portaria. Esse sistemapoderá ser substituido pela inslalaçáo de chuveiros automúticos do tipo sprinkler, quando o Corpo de Bombeiuos julgar necessário, em face do risco apresentado. Todo edifício-garagem deve ser equipado com extintores portáteis ou sobre-rodas, em número vari&vel,segundo o risco a proteger. Cada elevador deve ser equipado com um extintor de dióxido de carbono (CO,) de 6 kgf.

4.7.5 Depósitos de líquidos, gases e outros inflamáveis Os depósitos classificam-se quanto à capacidade de armazenagem em: I. Depósito pequeno: até 5.616 l de liquido inflamável. 11. Depósito médio: até 22.464 1. iü.Depósito zrande: até 44.928 1. ~ u a n d ofor ultrapassado o limite para depósito grande, vigorar6 o que ser8 dito para "Instalações Industriais e Recipientes Estacionários", excetuando-se dessas exigências o que - jB . foi referido ao tratarmos, em 4.7.3, dos "Postos de abastecimento. de serviços e garagem". - Os locais de armazenamento de recipientes de líquidos inflamáveis deverão ser em andar térreo. em prédios destinados exclusivamente a esse fim; nunca em subsolo. - Os depósilos médios só podem ser construídos ou instalados em wna indusmal. - Os dep6sitos grandes só podem ser localizados em ilhas destinadas exclusivamente ao armazenamento de combustível ou em zonas industriais com características mrais e agrícolas, com as áreas de periculosidade distantes, no mínimo, 500 m de qualquer ocupação estranha às próprias atividades do depósito, de rodovias de tráfego intenso e de outras edificações ou estabelecimentos, a critério do Corpo de Bombeiros (Art. 106 - Seção 11- Cap. XIII). Convém notar que, se a observância desse artigo for imposta, dificilmente haverá condições de se armazenar em depósitos grandes, dadas as enormes dimensões exigidas para o terreno. - Nos dep6sitos existirão áreas distintas para recipientes vazios, separadas das áreas destinadas aos recipientes cheios, mediante a afixação de letreiros indicativos. - Os recipientes vazios não são computados para efeito de cáiculo do limite do armazenamento. - Os depósitos de recipientes deverão possuir cobertura eestrutura de material incombustível e poderão ser abertos ou fechados. de acordo com a natureza do risco. - Se o armazenamento for em depósito fechado, deverão ser obedecidas as seguintes exigências: - Pé-direito mínimo do depósito: 3 m. - Aberturas que permitam ventilação adequada. - Os depósitos terão muros de alvenaria de 3 m de altura, isolando-os do terreno vizinho e do logradouro. - O afastamento mínimo entre as pilhas de recipientes é de no mínimo 1 m.

Tabela 4.9 Natureza do depósito

Afastamento da pilha de recipientes da divisa do terreno vizinho

Pequeno Médio Grande -

Os depósitos deverão possuir extintores e demais equipamentos de segurança contra incêndio, em quantidade suficientee convenientemente localizados, observadas as exigências, para cada caso, determinadas no respectivo laudo de exigências do C.B. No caso de parques de armazenamento de grandes volumes de petróleo e seus derivados líquidos, deve ser consultado o P-NB-216 da ABNT.

4.7.6 Instala~õesindustriais e recipientes estacionários -

As medidas de segurança contra incèndio deverão ser estudadas e elaboradss especialmente para cada caso. A

NR-23do Ministério do Trabalho determinaque "nos estabelecimenioc indusmais de Soou mais empregado^. deve haver um aprisionamento conveniente de água sob pressão, a fim de a qualquer momento extinguir os começos de fogo de Classe A".

346


- Quanto ao local do estabelecimento, o Regulamento de Incêndio para o Rio de Janeiro estabelece que as instalações industriais e recipientes estacionários somente poderão existir em zonas com características mrais e agrícolas. com as áreas de periculosidade distantes, no mínimo 1.000m de qualquer ocupação estranha a essas atividades, de rodovias e de outras edificaçóes ou estabelecimentos a critério do Corpo de Bombeiros (Inciso I - Art. 129 Seção 1~,'Cap.XIII). Observaçáo: A exigência da 0 b s r ~ â n c i adesse afastamento mínimo de 1.000 m tornaria impraticável a implantação de qualquer indústria.

- Sistema de contençüo - Os tanques serão circundados por diques ou por outro meio de contenção para evitar que, na eventualidade de va-

zamento de líquido, este venha a alcançar outros tanques, instalações adjacentes, cursos d'água. mares ou lagos. Os diques ou mums de contenção terão a capacidade volumétrica, no mínimo, igual a do tanque que contiverem. Se houver mais de um tanque numa área, o sistema de contenção poderá ser único, desde que a sua capacidade seja, no mínimo, igual à capacidade do maior tanque, mais 105%da soma das capacidades dos demais tanques encerrados no sistema. - Os diques ou muros de contenção serão de terra, de chapas de aço, de concreto ou de alvenaria maciça, herméticos, e deverão suportar as pressòes hidrostáticas do Iíquido no dique cheio. - Devem ser previstos drenos que permitam escoar rapidamente os resíduos, os quais nunca deverão ir diretamente para a rede pública de esgotos, cursos d'água, lagos, nos ou mares, mas passar antes por caixa separadora de óleo ou submeter-se a um tratamento julgado necessário. - Os tanques devem comunicar-se por meio de tubulações com válvulas de bloqueio convenientemente situadas, possibilitando a transferência do conteúdo de um para outro recipiente, nos casos em que se fizer necessária tal operação. - Deverão ser previstas válvulas de: - bloqueio: para isolar áreas e tanques e facilitar a extinção do fogo; - retenção: quando o escoamento dos produtos se fizer num só sentido; - segurança: nos tanques, de modo que a pressão interna não ultrapasse o Limiíe de segurança. - A área deve ser dotada de rede preventiva contra incêndio. Além disso, os recipientes de líquidos ou de gás serão dotados, externamente, de uma canalização dechuveiros aspersores ou outro sistema automático ou manual de bomfamento de água para resfriamento, quando necessário. - Os depósitos de liquidos inflamáveis serão dotados de uma canalização fixa para espuma, de funcionamento automático ou manual. - Sempre que possível, deve-se prever a utilização do vapor d'água, eventualmente produzido pela indústria, para extinção do incêndio. - Poderá ser exigida, nas áreas em que se julgar necessirio (almoxarifados, depósitos, escritórios e outros), a instalação da rede de chuveiros automáticos tipo sprinkler. - Poderão ser exigidos, em casos especiais, dispositivos fixos de gás carbônico. - Deverá ser instalado um dispositivo de alarme, automático ou manual, por toda a área do estabelecimento, com painel indicativo no posto de controle de segurança, possibilitando a localização do setor onde ocorreu o acidente. - São exigidos extintores portáteis e sobre-rodas. -

4.7.7 Depósitos de filmes e filmotecas -

-

-

Depósitospequenos oufilmotecas. Com até 200 rolos de filmes.de 35 mm. Localizados em edificações comerciais

ou na parte comercial de edificações mistas: Um extintor de gás carbônico de 4 kgf próximo ao armário, independentemente dos que forem exigidos para outros riscos. Depósitos médios oufilmotecur. Com armazenamento de 201 a 2.000 rolos de filmes de 35 mm. Em prédios comerciais e outros locais não-residenciais a critério do C.B.: - Instalação de ar-condicionado para manter a temperatura abaixo de 20aC e umidade relativa do ar entre 40 e 60%. - Um extintor de gás carbônico de 4 kgf para cada 1.000 filmes. Depósitos grandes ouplmotecas. Com armazenamento de mais de 2.001 rolos de filmes de 35 mm ou volume equivalente, no caso de outros filmes. - Em edificações utilizadas exclusivamente para esse fim ou para laboratórios cinematográficos. - Exigidas todas as prescrições para os m a i o s depósitos e filhotecas, além da instalação preventiva fixa. - Os grandes locais de estocagem de filmes serão compattimentados com paredes e portas com-fogo e metálicas de forma a limitar a 50 m2 as áreas de estocagem.

4.8 INDICAÇÕES SOBRE O EMPREGO DE MANGUEIRAS A Tab. 4.10 com dados da NB-24 da ABNT permite determinar os alcances do jato de água obtidos com esguichos de 13 a 32 mm e pressões no esguicho de 10 a 30 mca.

347


Tabela 4.10 Distâncias em alcançadas pelo jato denso Diâmetro do requinte em mm rn

13

I6

V

H

V

7.0 10,5 14.5 16.5 19.5

8,O 10.0 11.5 12.0 13.0

22

19

H

V

H

V

H

25,4

V

H

32 V

H

8.0 11,s 15,5 18.5 20.5

9,O 12,O 14.5 18.0 19,O

Pressão em mca

I0 15 20 25 30

7,O 10,s 14.5 17.5 19.5

8.0 10,5 11.5 133 14,0

7,5 11.0 14.5 17,5 20,D

R,O 11,O 12,5 14.5 15.0

7.5 11,O 15,O 17.5 20.0

8,5 7,5 11.0 11,O 13.0 15.0 15.0 18.0 16.0 20,O

9,0 11.5 14.0 16.0 17.0

A Tab. 4.11, de uma publicação do fabricante KSB-bombas. fornece a altura a (em metros) alcançada pelo jato de um esguicho na vertical, a máxima distância d (em metros) alcançada pelo jato, e a descarga Q (em litros por minuto), em função da pressão P no esguicho e do diâmetro d o requinte na extremidade do esguicho. A Fig. 4.21 pennite a determinação da perda de carga em mangueiras de lona revestidas internamente de borracha, em função da descarga e do diâmetro das mesmas. A Fig. 4.22a permite determinar a força do jato da água a distâncias de 5, 10 e 15 m do esguicho da mangueira, para vários diâmetros do requinte, e em função da pressão efetiva na entrada do esguicho (Indicação da K.S.B.).Assim, para uma pressão de nove atmosferas, usando um requinte de 18 mm a uma distância de 15 m, o jato terá uma força de 25 kgf. O alcance horizonfal d (em pés) do jato pode ser determinado pela Equação de Freeman, indicada a seguir. Tabela 4.11 Escolha d o requinte Pressão ímcai

Grandezas

Diâmetro do requinte em mm

348

InstalaçOes Hidráulicas Prediais e Industriais

Sejap + pressão na entrada do esguicho (Noule pressure) dado em psi e medida no início do trecho tronc8nico. d = -I . p + 2 6 2

(4.1) Equação de Freemn, John R.

Esta equação é válida para requinte até 314" de diâmetro. Para diâmetros maiores, adicionar ao valor de d 5 pés para cada 118"que exceder de 314". Convém notar que o jato assume, pouco após a saída do requinte, um diâmetro maior que o deste. Exemplo PressSto no esguicho p = 60 psi (4,2 k % ~ m - ~ ) . Requinte de 1 118"de diâmetro. Como temos 1 118". devemos somar ao valor de dda equação acima 3 X 5 pés correspondentes a (218" + 118") = 318, pois a cada 118" devem ser acrescentados 5 pés. Logo, a distância ho~izontalalcançada pelo jato é:

A vazão Q (gpm), obtida sob uma pressão p (psi) com um requinte de diâmetro d , (polegadas), pode ser calculada pela fórmula Q = 29.7 . d: $

ou por

sendo, nesta fórmula, D o diâmetro da mangueira em polegadas e p , apressão na mangueira próximo do esguicho em psi.

Fig. 431 Perda de carga em mangueiras de lona.

InstalaçaPs de Proteção e Combatea Incêndio

349

Fig. 4.Ua Porça do jato do esguicho.

4.9 BOMBA PARA COMBATE A INCÊNDIO Para o cálculo da capacidade da bomba, devem ser previstos funcionando simultaneamente no sistema sob comando: dois hidrantes com a descarga indicada na Tab. 4.2 e sob pressão mínima de 10 m de coluna d'igua. A velocidade na linha de aspiraçáo da bomba não deve exceder a 1.5.m.s-I, para as bombas acima do nível d'água do reservatório de suprimento, e 2,O.m.s-I, para as bombas afogudas. A fim de podermos calcular a altura manométrica a que a bomba deverá atender, necessitamos calcular a perda de carga no encanamento e também na mangueira, desde o hidrante até o esguicho. Existe uma certa diverg&nciaentre os valores das tabelas do Undenuriter's Laboratories e os que se encontram em cattüogos de fabricantes de mangueiras, o que se deve naturalmente as diferenças nas características do material e ao grau de impregnação da borracha na lona de fibra. Costuma-se adotar os seguintes valores para as perdas de carga: - Mangueira 38 mm (1 $43-J = 0,4 mcaim de mangueira para descarga 250 Vmin. - Mangueira 63 mm (2 M3 -J = 0.15 mcaim de mangueira para 500 Vmin. Mangueira 63 mm (2 $4") J = 0,3 mcaim para 900 Umin. Pode-se usar o grsf~coda Fig. 4.21 para a determinação da perda de carga nas mangueiras. Para obter-se a descarga de 250 Umin, usando requinte de $4" (12 m m nominais), é necessária uma pressáo de 5,7

-

350

Instalaçóeç Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 4.22b Instaiagio de bombeamento para combate a incêndio.

kgf.cm-': e usando requinte de 518" (16 mm),de apenas 2,4 kgf.cm-', segundo tabela da NFPA. Pela Tab. 4.11, seriam necessários cerca de 70 mca no caso do requinte de 12 mm. Para 500 Vmin e requinte de 314". 6 necessária uma pressão de 4.2 kgf.cm-'; e usando requinte de 7/8", apenas 2.4 kgf.cm-'. Vê-se por esses dados que o diâmetro do requinte é fundamental para se obter com uma dada pressão a descarga desejada. Cálculo de pressão necessária no requinte emfunfão do didmetro do mesmo

fi

Q = 29,7 d2 p = pmsáo em pai d = diâmetro do requinte Q = 250 Vmin = 66 gpm

histalaçòes d~ Protefãu e Combate a Incêndio

351

I. ~ caso: d = %" = 0.75" p = 10 mca = 14.7 psi

Obtém-se

Q

=

64gpm = 242 Vmin

Obtemos apenas Q = 107.6 Um

Usando requinte de Ih", a pressão necessária ser& 66'

QI

P=-=

. d'

29.7'

= p = 79 psi

882 x O. 5'

19 X0,01= 5.53 kgf-cm-'-55.3 mca

3. 'caso:

Usando requinte de %"

= 0,625"

662 P=

29.7'

X

0.625'

= 32.36

psi

Exercício (Fig. 4.221)

Consideremos o caso de ser necessário prever o funcionamento, no pavimento mais elevado de um pr6dio de escrit6rios, de duas mangueiras com 30 m cada uma ligadas a hidrantes de caixas de incêndio no hall do pavimento. Os hidrantes sáo abastecidos por encanamento de recalque com 60 m de comprimentoe estão instalados a 36 m acimado nível do reservat6rio inferior. Para a escolha da bomba, temos que fazer as seguintes consideraçóes: - A descarga a ser fomecida a mangueira pode ser obtida pela Tab. 4.3. Tratando-se de prédio de escritórios, a previsão é de 250 Vmin por mangueira, pois o risco para esse tipo de ocupaçáo é classe A. - Como deve ser previsto o funcionamentosimultâneo de duas mangueiras, a tubulação de recalque e a bomba devem ser dimensionadas para a descarga de 2 X 250 Vmin = 500 Um = 8.33 Vs ;= 30m3/h. - Para obtenção da descarga de 250 Vrnin no esguicho, este deverá estar submetido à pressão de 55,3 mca, se o requinte for de M"; e à pressão de 22,6 mca, se o requinte for de 518". Admitamos, pois, a pressão de 22,6 mca, obtida com requinte com o diâmetro de 518". uma vez que o Código não permite pressóes superiores a 4 kgfcm-' na canalização preventiva. - No hidrante a pressão deverá ser maior, para levar em conta a perda de carga na mangueira. A perda de carga na mangueira de 38 mm e descarga de 250 Vmin é, como vimos, igual a 0,4 mca por metro de mangueira, de modo que teremos para o comprimento total da mangueira 30 X 0,4 = 12,Omca. A pressão no hidrante deverá ser, portanto, igual a [24,0 + 12,O = 36,O mcal Numa primeira aproximação, admitamos que as perdas de carga representem 20% do acdscimo virtual no comprimento do encanamento. o qual teria entlio 60 + 0,2 X 60 = 72.0 m. Se usAssemos tubo de ferro galvanizado de 2 M" no recalque da bomba para alimentar os dois hidrantes no pavimento superior, empregandoo ábaco de Fair-Whipple-Hsiao, com os valores d = 2 'h" e Q = 8,33 1,s-I, obteríamos J = 0.16 m/m c

(valor aceitável para funcionamento ocasional)

v = 2,5 m.s-'

A perda de carga total será 0,16 mim x 72,O m

=

11.52 mca

As perdas de carga localizadas podem ser calculadas de modo mais preciso com o conhecimento das peças, e para isto convém ser desenhada a representação isombtrica da instalação, de modo semelhante ao que foi feito no Cap. 1.

352

Instalaçües Hidráulicas Prediais e ~ndustiiais

Ccilculo de Altura Manométrica H

-

desnfvel h, soma das perdas de carga J pressáo residual no hidrante perda de carga na mangueira de 30 m

36,W m 11,52 22,60 12,OO H = 82,12 m

Potência do motor da bomba, admitindo rendimento total n = 0.60

Podemos usar um motor de 15 cv para acionamento da bomba. O gáíico da Fig. 4.23 recomendaria, por exemplo, para a descarga, uma bomba Worthington Mod. D-1011 (3 X 1% X 8), com motor de 15 cv n = 3.550 rpm, 60 Hz,boca de aspim$ão de 3". recalque de 1 %" e mtor com diâmetro de 8". Consultando as curvas características dessa bomba (Fig. 4.24), para 30 m3/he altura manométrica de 83.53 m, verifica-se que a potência consumida 6 igual a 15 HP e que o rendimento é de 57,096. Será necessárioque o fabricante faça um corte no rotor, de modo que venha a ficar com 7.80'' de diâmetro e atenda assim aos valores indicados de Q e H. Observação: Vimos não ser possível atender à exigência de que a pressão máxima nos bidrantes seja de 40 mca, a não ser nos últimos pavimentos.

A Norma NFPA-20 e as prescrições do Undenvriter's hboratories apresentam exigências para qualificação de bombas centrífugas para combate a incêndio. H6 dois tipos principais, que são: bomba Standard e bomba em bronze. O segundo tipo é mais recomendado para equipamento do Corpo de Bombeiros, instalações man'timas, instalações em locais de ambiente salitrado ou submetidos à ação de gases e vapores corrosivos. A Fig. 4.25 apresenta uma bomba de carcaça bipartida horizontalmente, com um estágio, sucção dupla, acionada por motor diesel, para funcionar como reserva do gnipo bomba-motor elétrico. A Fig. 4.26 mostra uma bomba LRG Worthington, de carcaça bipartida, especialmenteprojetada para serviço de incêndio. A Fig. 4.27 mostra um corte parcial e vista externa da bomba Worthington Modelo LN, de carcaça bipartida, achandose indicadas as partes mais importantes da bomba na legenda ao lado da figura. A Tab. 4.12 indica os materiais recomendados para as vánas partes das bombas tipo Standard e toda em bronze. A Fig. 4.28 apresenta um gráfico para escolha de bombas Worthington Modelo LN, de carcaça bipartida, abrangendo larga faixa de valores de descarga (300 m3/haté 10.000 m3h) e de altura manométrica de 12 até 140 m.

Instalações de Proteção e Combate n Incêndio

353

Fig. 4.24 Curvas caracteristicas da bomba Worthington, Modelo D-1011 n = 3.500 rpm 60 Hz.

Fig. 4.25 Conjunto motor diesel-bomba, vendo-se as baterias e o reservatório de 61eo diesel (Mather & Platt Ltda. Resmat Ltda.).

Fig. 4.26 Bomba LRG Worthington para serviço de incêndio.

354

Jnstaiaçâes Hidráulicas Prediais e industriais

0

1 CARCAÇA

...

bipartda horizontalmente

ROTOR... de dupla sucçáo tipo fechado ...

0 @ 3

ROLAMENTO DE ESCORA ANEIS DE DESGASTE

SUBSTITUIVEIS

O

CAIXA DE ROLAMENTOS fundida integralmente com a carcaça assegurando alnhamento perfeita

SUPORTE RIGIDO 1""dido integralmente com a metade infenor da carcaça

0

7 VEOAÇAO POR AGUA

de descarga as caixas de gaxetas quando necessãr10

Fig. 427 Bomba Worthington Modelo LN-Carcaçabipartida - sucção dupla.

São bombas utilizáveis em serviços de incêndio além de saneamento básico e outras aplicaçóes. Com relação às bombas, o Corpo de Bombeiis do Estado do Rio de Janeiro prescreve o seguinte: a) A bomba deverá ser do tipo cenirífugo, um estágio, carcafa bipartida horizontalmente na linha do centro de modo a permitir o acesso ao interior da bomba sem a desconexão das tubulaçóes de sucção e de descarga, de ferro fundido. coletor em voluta Fianges de aspiração e recalque fundidos com a metade inferior da carcaça. Deverá ter furos rosqueados na boca de recalque para adaptação de manômelm. No ponto mais baixo da carcaça, dever8 haver furo rosqueado de pelo menos 'h"para drenagem da mesma. b) O rotor, do tipo fechado, dupla aspiração, deverá ser de bronze. AnBis de vedação em neoprene e bronze. Deverá ser estático e dinamicamentebalanceado. C) Eixode aço-liga torneado e polido e amplamente dimensionado, de modo a evitar aocorrência dc vibiaç-s durante o funcionamento. Luvas de bronze protegendo o eixo e a este chavetadas. d) Mancais de esferas lubrificadas a 61w ou graxa. Caixa fixada por peças que se bipartam pela linha do centro de modo a permitir fácil remoção do conjunto rotativo completo e dos mancais.

Tabela 4.12 Materiais usados em bombas contra incêndio Partes da bomba

Tipo standard

Toda em bronze

1 2

Carcaça Rotor

Bronze Bronze

3

Eixo Anel de desgaste da carcaça Bucha do eixo Caixa de rolamentos Bucha da caixa de gaxetas Sobrepostas Parafusos e bujóes

Ferro fundido Ferro fundido ou bronze Aço-carbono Bronze fundido Bronze Ferro fundido Bronze

Bmnze Fem fundido Bronze

Ferro fundido AGO-carbono

Bronze fosforoso Latão

Item

4

5

6 7

8 9

Aço inoxidável Bronze fosfomso

Instalações de Pmteçdo e Combatea Incêndio

355

Fig. 428 Gráfico para escolha de bombas Wonhington - Modelo LN carcqa bipartida - sucção dupla.

e) Caixa de gaxetas providas de anel de lanterna evitando qualquer entrada de ar. Selagem hidráulica na aspiração, com ligação à descarga da bomba. f) Sobrepostas de bronze.

Dados a serem fornecidos pelos fabricantes das bombas para aprovação pelo Corpo de Bombeiros "O fabricante deverá submeter à aprovação duas cópias reproduzíveis e duas heliográficas dos seguintes elementos: - Desenhos do conjunto do grupo motor-bomba. mostrando as dimensões principais, localização dos acessórios, dimensões para embarque e pesos. - Desenhos das bases dos cbumbadores. - Curvas características da bomba, mostrando a altura manométrica, a potência, o rendimento e o NPSH em função da descarga. - Curvas cakcterísticas do motor, mostrando o torque, a pottncia e o consumo do combustível em função do RPM. - Desenho do quadro de comando do motor elétrico e o quadro de controle do gmpo diesel para partida automática e manual; esquemas elétricos e de fiação do controlador de partida e o carregador de baterias. - Manuais de instalaç50, operação e manutenção (para as bombas com motor de combustão interna)." Inspeção e testes das bombas E exigido pelo Corpo de Bombeiros do Estado do Rio de Janeiro que: - "Antes do embarque. o grupo motor-bomba seja testadoe inspecionado no laborat6rio do fabricante. Os testes deverão ser feitos pelo fabricante e a suas expensas, e incluirão uma hora de operação a 50% de carga de acordo com a capacidade indicada na placa da bomba. - A inspeção e os testes deverão ser feitos na presença de um inspetor. - Duas cbpias autenticadas da folha de registro dos testes deverão ser fornecidas pelo fabricante."

Características do motor de combustão interna que aaona a bomba O motor deve ser diesel de quatro tempos com a disposição de cilindros na vertical em linha ou em forma de V, devendo seus componentes atender aos requisitos que se seguem: - Bloco de motor e cabeçotes fundidos em liga de feno; o bloco deve ser dotado de camisas substituiveis, e os cabeçotes cobrirão um ou mais cilindros. - As válvulas devem ser fabricadas de aço,liga, resistente ao calor, e com cabeças revestidas de material resistente à comsáo. - Os pistões devem ser fundidos em liga de metal leve, com antis cromados e pinos do tipo flutuante aço cromo, cementados.

356

Instalações Hidrúulicas Prediais P Industriais

- A árvore de manivelas deve ser forjada em liga de aço e ser estjtica e dinamicamente balanceada. - As bielas devem ser fojadas em liga de aço.

Acessórios que devem acompanhar o motor diesel - Bomba injetora com regulador de velocidade mecânico. - Bomba alimentadora de óleo combiistível. - Filtro de óleo combustível. - Bomba de circulação de óleo lubrificante. - Resfriador de óleo lubrificante. - Filtro de óleo lubrificante. - Dispositivos e controles para pré-aquecimento automático da água de resfriamento do motor. - Trocador de calor para água de resfriamento do motor. - Bomba de circulação de água de resfriamento. - Filtro de ar tipo banho de óleo. - Coletor de escape. - Silenciador de escape. - Conexão elástica entre coletor e silenciador. - Gerador (dínamo) com regulador de voltagem. - Motor de partida. Instmmentos d o painel d o motor diesel - Manometro para o óleo lubrificante. - Indicador de velocidade. - Horímetro. - Termostato para regular a temperatura da água de resfriamento do motor. - Indicador de temperatura (termometro) da água de resfriamento do motor com um par de contatos para alarme. - Chave de proteção contra baixa pressão do óleo lubrificante. Baterias Devem ser instaladas duas baterias com cabos de ligação. Cada bateria deve ter capacidade suficiente para efetuar 12 tentativas consecutivas de partida, durante 6 minutos, com 15 segundos de partida e 15 segundos de repouso. Tanque de combustível O tanque deve ser cilíndrico com capacidade de estocar combustíveis para pelo menob 60 minutos de funcionamento do motor a plena carga. O tanque deve ser provido de visor de nível, conexões de entrada, saida, retomo, ladrão. dreno e suspiro, com torneiras em todas as conexões, exceto nas de retomo e suspiro. Quadro de controle O quadro de controle deve conter um controlador com todos os dispositivo^ necessários para a partida automática e manual do motor e um carregador duplo de baterias. O controlador deve cumprir as seguintes exigências: a) Partida autom'tica - Com a chave seletora na posiçáo partida auromática, esta deve ser iniciada mediante um sinal proveniente de um contato localizado no sistema de proteção contra incêndio. - A corrente de partida deve ser fornecida pelas duas baterias em ciclos subseqüentes, primeiro por umae depois por outra, sendo a transferência feita automaticamente. Se o motor não partir depois de seis tentativas, o controlador deverá interromper tentativas ulteriores acionando o alarme motor não inicioufuncionamento. - No caso de uma bateria não estar em condiçks de funcionamento, a outra ficará ligada automaticamente, fomecendo a corrente para as seis tentativas de partida. - Uma vez iniciado o funcionamento do motor, este deverá continuar girando enquanto não for desligado manualmente, ou pelo regulador de velocidade. se ultrapassada a velocidade normal. - A válvula solenóide no circuito de combustível deverá abrir com a primeira tentativa e deverá fechar se o motor não partir depois de seis tenlativas. b) Parrida manual - Com a chave seletora na posição partida manual. deverá ser possível dar partida manual ao motor. - Uma vez iniciado o funcionamento do motor, este deverá continuar girando, enquanto não for desligado: - manualmente; - pelo regulador de velocidade; - pela temperatura excessiva de água de resfriamento:

-

Jnstalaç6es de Proteção e Combate a Incêndio

357

pela baixa pressão de óleo lubrificante. A operação de desligamento manual deverá colocar o controlador nas condiçóes de partida automAtica

-

Alarme e sinalização No quadro de controle: - Deverá ser prevista uma lâmpada de sinalização do lado de alimentação do controlador indicando que a chave seletora está na posiçãopartida automática e que há presença de força na operação de pariida. - Deverão ser previstas lâmpadas de sinalização e um alarme sonoro comum para indicar: -pressão baixa no sistema de óleo lubrificante; - alta temperatura de água de resfriamento; - motor desligado por velocidade excessiva. Deverão ser previstos reles no controlador com contatos para atuar os seguintes alarmes sonoros ou visuais remotos: - Controlador deu partida ao motor. - A chave seletora está em posição desligado ou partida manual. - Motor não iniciou funcionamento. - Falta de corrente alternada para carregamento das baterias. O carregador de baterias deverá apresentar as seguintes caracteristicas: - Deverá ser duplo, do tipo de tensão de saída constante com corrente limitada e constituído de retificadores de silício. - Os retificadores e os meios de ajustes deverão ser independentes. O carregador deverá ser constmído para operar em regime de flutuação e tensão constantes, ou em regime de equaiização a uma tensão constante mais alta. A passagem do regime de flutuação para o de equdização dar-se-á mediante atuação manual de um relé de tempo, ajustável entre O e 24 horas. No fim do período ajustado, o carregador retomará automaticamente ao regime de flutuação. Dever6 existir a possibilidade de ajuste separado do valor da tensão de flutuação e de equaiização. Deverá existir a possibilidade de ajuste separado do valor da tensão de flutuação e de equalização. - A capacidade do carregador deverá ser tal que a bateria totalmente descarregada seja recarregada em menos de 24 horas, devendo o carregador manter a tensão de saída dentro de I 2% em qualquer condição de carga, com a tensão de alimentação variando I 10% e a freqüência, I 5%. - Deverão ser previstos ampenmetros e voltímetros para corrente contínua de precisão de 2% e uma chave liga-desliga com fusíveis na entrada da corrente alternada de alimentasão. - O sistema de alimentação deve ser aterrado e deverão ser tomadas providências para que não sejam criados potenciais perigosos entre as baterias, o motor e a terra. - O carregador deverá desligar na partida do motor ou quando houver falha na tensão de alimentação, evitando assim a descarga da bateria para o carregador. O quadro de controle pode ser construído para montagem na parede ou no piso e provido de portas frontais. O quadro deve ser instalado dentro da casa de bombas perto do motor, mas não poderá ser instalado junto a este. No quadro devem ser previstos aberturas para ventilação e meios para impedir acumulação de umidade. Um esquema elétrico deverá ser afixado de maneira permanente e protegido dentro do quadro, indicando as interligaçóese os números ou denominaçóes dos componentes. O quadro de controle deve ser completamente montado e testado nas oficinas do fabricante antes da entrega.

4.11 ESPECIFICAÇÃODOS MATERIAIS DA REDE DE INCÊNDIO Tubulações: de W a 2 -aço Sch. 40, sem costura, AC. ASTM-A-120. extremidades roscadas, com luvas. de 2 $4"a 8" - aço Scb. 50, sem costura PC.AC, ASTM-A-120. Conexões: Classe 150 -ferro maleável. ASTM-A-197 AFO. ASTM-A-234. Luvas: Classe 300, AFO. ASTM-A-105. gr. 11, para solda. Uniões: Classe 150 -ferro maleável, ASTM-A-197, com sede de bronze contra ferro. Flanges: Classe 150, F'F', AFO, ASTM-A-181. Parafusos: de máquina, cabeça sextavada, ASTM-A-307. Juntas: amianto, fibra longa - 1/16" de espessura.

4.12 SISTEMA DE CHUVEIROS AUTOMATICOS 4.12.1 Descrição geral do sistema Conhecido como sistema de sprinklers, isto 6. de aspersores, este sistema consiste basicamente numa rede de encanamentos ligada a um reservatório ou a uma bomba, possuindo boquilhas ou aspersores dispostos ao longo da rede.

358


Mola-

Bulbo Ouanzoid-

Fig. 429b Sprinkler do tipo solda.

Fig. 4.29a Sprinkler pendente.

O sprinkler contém um obturador ou sensor térmico que impede a saída da água quando a situação for normal. Esse obturador pode ser constituído por uma empola de quartzoid, contendo um Iíquido apropriado, que, sob a ação do calor ao irmmper o incêndio, se expande graças ao seu elevado coeficientede expansão, rompendo a empola e permitindo a aspersão da água sobre o local. após incidir sobre um defletor ou roseta de formato especial. A incidência da água sobre o defletor pode ser de cima para baixo (sprinkler pendente) ou de baixo para cima, e deve proporcionar uma área molhada de no mínimo 32 mZ. Usa-se também, como elemento sensível de vedação, uma peça fusível de liga metálica eutética de ponto de fusão muito baixo, que pode ser uma pastilha ou pequena lâmina (Fig. 4.29b). A EspecificapTo Brasileira EB-15211978 classifica a posição de instalação do sprinkler segundo o formato do defletor em: a) pendente (para baixo) - letra código H @endent) b) em pé (para cima) - letra c6digo F (upright) c) lateral (de parede) -letra código L, M ou N (sidewall) A igua ao sair se esparge sobre o local onde irrompeu o incêndio, sob a forma de chuveiro, debelando o fogo logo no o resfriamento, impedindo que se propague e alasbe. seu início por a ~ ã de Existem sistemas de sprinklers especiais para gases como o C@, Hallon e ~ k 1301, n empregados quando a substhcia ou material cujo incêndio deve ser debelado desaconselharem o emprego da água. Qualquer que seja o tipo de substância usada para apagar o incêndio, duas exigências são fundamentais: a rápida ação do aspersor e a circunscrição do incêndio a uma área bastante reduzida. Os sprinklers de fabricação nacional deverão seguir as especificaçóes da ABNT e devem ser ensaiados conforme o MB-267. A especificação brasileira estabelece cores para o elemento sensível tipo fusível ou tipo empola, conforme a temperatura com a qual esses elementos devem fazer o sprinkler operar. É o que indica a Tab. 4.13 para o caso de elemento sensível tipo empola de vidro.

Tabela 4.13 Elemento sensível tipo empola d e vidro normal (ODC)

Ternperaiura nominal CC) de dispam do spfinkler que o classifica

Coloraçáo do líquido na empola Laranja Vermelho Amarelo Verde

Azul Roxo ímalva)

Existem diversos tipos de sistemas de sprinklers:

a) Sistemas com hrbulqões molhadar (Wet-pipesystcms) Como o nome indica. as tubulações permanecem sempre com água e ligadas a um reservat6ri0, de modo que a aiugão

I11staia~6es de Proteção c Combate a Incêndio

359

da água se faz prontamente pelo sprinkler localizado onde irrompeu o fogo. É o sistema mais usado e sobre o qual iremos fazer quase todas as considerações que se seguem.

b) Sistemas com tubuiaçõrs secas (Dry-pipe systems) As tubulaçóes do sistema que contêm os sprinklers possuem ar comprimido que, ao ser liherado pela ruptura de uma empola, permite à água, também sob pressão, abrir uma válvula conhecida como válvula de tubo seco. A água escoa nas tubulações do sistema até o sprinkler acionado. Este sistema é aplicado geralmente em locais de clima que possa detemiinar o congelamento da água nos encanamentos. principalmente em instalações exteriores.

Sistema depré-+o É o sistema que emprega sprinklers colocados em tubulações contendo ar (comprimido ou náo) e um sistema suplementar de detectares mais sensíveis que o bulbo do sprinkler, colocados no mesmo local que os sprinklers. A pronta ação ~ o escoamento da água pelo sistema, de modo que, dos deteciores ao início de um incêndio abre uma válvula q u permite ao romper o bulbo do sprinkler, ela se escoe imediatamente. E usado quando existem as mesmas razões que aconselham o d q - p i p e system. C)

d ) Sistema de inundação (Deluge system) Nesse sistema, os sprinklers estão sempre abertos, isto é, sem empola, e conectados a tubulações secas. Detectares de chamaou fumaça, uma vez acionados pelo agente específico, fazem operar uma válvula de inundação ou dilúvio (Delugevolve), que permite o escoamento da água até os sprinklers, os quais atuarão simultaneamente. A válvula deve também poder abrir e fechar manualmente. E preciso notar que somente em casos especiais deve-se usar este sistema, pelas conseqüências que advêm da inundação de uma área considerável. O sistema de sprinklers, por sua elevada eficiência, é exigido em certos casos pelos códigos de segurança contra fogo. A instalação de sprinklers é regida pelas normas da ABNT-NB- 194/71, MB-267/78, pelas determinações do COSCIP, pela norma n.O 13 da National Fire Protection Association - NFPA -e pela Portaria n." 3214 do Ministério do Trabalho que regulamenta a Lei n." 6514 de 22-12-1972. Sua instalação proporciona considerável redução no valor dos prêmios de seguro contra fogo, cobrados pelas companhias de seguro. Os sprinklers sáo fabricados segundo especificações e normas do Fire Offices Committee (FOC) da Inglaterra; do National Board of Fire Undenvriters, dos Estados Unidos (NBFU); do FM (Factory Mutual dos EUA) e A.P.S.A.I. (da França). A National Fire F'mtection Association (NFPA), em suaNomlan." 13, trata do projetoe instalação dos sistemas sprinklers para combate a incêndio, acerca dos quais faremos as considerações que se seguem.

4.12.3 Exigências quanto ao emprego de sprinklers Vejamos primeiramente onde deve ser usado o sistema de sprinklers. O Código de Segurança contra Incêndio e Pânico, para o Estado do Rio de Janeiro, estabelece em seu art. 80, Cap. X: - "O Corpo de Bombeiros exigirá a instalação de rede de chuveiros automáticos do tipo sprinkler, obedecendo aos requisitos seguintes: I. Em edificoçüo residencialprimitiva multfamiliar (prédio de apartamentos), cuja altura exceda a 30 m (trinta metros) do nível do logradouro público ou da via interior, será exigida a instalação de rede de chuveiros automáticos, do tipo sprinkler, com bicos de saída nas partes de uso comum a todos os pavimentos, nos subsolos e nas áreas de estacionamenio, exceto nas áreas abertas de uso comum. 11. Em edificaçüo residencial coletiva e transitória (hotéis), hospitalar ou Iahoratonal, cuja altura exceda a 12 m (doze metros) do nível do logradouro público ou da via interior, será exigida a instalação da rede de chuveiros automáticos do tipo sprinkier com bicos de saída em todos os compartimentos das áreas localizadas acima da altura prevista, bem como em todas as circulações, subsolos, áreas de estacionamento e em outras dependências que, ajuízo do Corpo de Bombeiros, exijam essa instalação, mesmo abaixo da citada altura. n1. Em edijicaçüo mista (apartamentos e lojas). pública ou escolar, cuja altura exceda a 30 m (trinta metros) do nível do logradouro público ou da via interior, será exigida a instalação de rede de chuveiros automáticos do tipo sprinkler. com bicos de saída em todas as partes de uso comum e as áreas não-residenciais, mesmo abaixo da citada altura. IV. Em edificafão comercial ou industrial, cuja altura exceda a 30 m (trinta metros) do nível do logradouro público ou da via interior, será exigida a instalação de rede de chuveiros automáticos, do tipo sprinkler, com bicos de saída em todas as partes de uso comum e as áreascomerciais, industriais e de esracionamento, mesmo abaixo da citada altura. V. A criterio d o Corpo de Bombeiros, em e d i m ç ü o ou galpão iindustrial, comercial ou de usos especiais diversos, de acordo com a periculosidade,seráexigidaa instalaçãoda redede chuveiros automáticos do tipo sprinkler. VI. Em edificaçóo com altura superior a 12 m (doze metros), situada em terreno onde não seja possível o acesso e o estabelecimento de uma auto-escada mecânica, será exigida a instalação de rede de chuveiros automáticos, do tipo sprinkler, com bicos de saída nos locais determinados nos incisos I, 11,111, N e V deste artigo.

360

Instulaçóes Hidráulicas Prediais e Industriais

I11 -APARTAMENTOS

IV-

E LOJAS

ESCRIT~RIOS

Fig. 4.29~Localização de sprinkiers em edificiosde várias finalidades e gabaritos.

VII. Nos prédios cuja arquitetura, pela forma ou disposição dos pavimentos, impeça o alcance máximo de uma auto-escada mecânica, a altura, a partir da qual deverá ser exigida a instalação da rede de chuveiros automáticos do tipo sprinkler, será determinada pelo Corpo de Bombeiros." No caso de edifcio-garagem, o Cap. VI11 estabelece o seguinte: Ark. 64 "Todo edifício-garagem,qualquer que seja o número de pavimentos, será provido de canalizaçãopreventiva contra incêndio. Ark. 65 'Todo edifício-garagem, com mais de 10pavimentos, será dotado de instalação de rede de chuveiros automáticos do tipo sprinkler em todos os pavimentos, com painel de controle e alarme na portaria. Art. 66 "Todo edifício-garagem ate 10 (dez) pavimentos, inclusive, será dotado de sistema de alanne automático de incêndio, com detectares em todos ospavimentos, bem como painel de controle e alarme na portaria. Parágrafo único "Esse sistemapoderá ser substituídopela instalaçüo de rede de chuveiros automáticos do tipo sprinkler quando o Corpo de Bombeiros julgar necessário, face ao risco apresentado. Para edificação industrial ou destinada a grande estabelecimento comercial, é exigida a rede preventiva contra incêndio, mas, a critério do Corpo de Bombeiros, segundo o grau de periculosidade. pode ser exigido a instalaçdo de rede de chuveiros automáticos do tipo sprinkle?' (Parágrafo único - inciso VI - Art. 13-Cap. [V).

4.12.4 Rede de sprinklers No projeto da rede de sprinklers, é necessário considerar a classe de risco do local a ser protegido, pois o númem de sprinklers será tanto maior quanto maior o risco e as características de combustibilidade dos materiais ou produtos cujo incêndio 6 de se recear. A Norma n.' 13 da NFPA classifica os riscos em leves (light), comuns (ordhry) e elevados (extra).

R i m leves (Light Hazard) ou baixos Incluem locais onde os materiais são de baixa combustibilidadee onde não hA obshuçóes à ação dos sprinklers. Compreendem: - apartamentos: - igrejas;

Instalações de Profeçdo e Combate a Incêndio

361

- clubes; - escolas e universidades; -

dormitórios;

- quartéis;

prédios de escritórios; hospitais; hotéis; museus; - bibliotecas, exceto locais muito grandes com estantes de livros; - prédios públicos; - acampamentos de obra. Aplica-se também a lojas individuais com área inferior a 300 m2 e em andar térreo. -

Riscos comuns (OrdiMry Hazard) GRUPO 1 Compreende locais onde os materiais são de baixa combustibilidade, a alturadas mercadorias não excede a 2,4 m, e há outros fatores favoráveis. Não deve haver líquidos inflamáveis no local. Compreende: - garagem de automóveis; - padarias; - casas de caldeira; - fábricas de cimento; - centrais elétricas; - restaurantes; - lavanderias; - teatros e auditórios; - estações de bombeamento de água; - fundições. GRUPO 2 Compreende locais onde a combustibilidade dos materiais e a altura do teto são menos favoráveis que os do Grupo I. A quantidade de Iíquidos inflamáveis t pequena e não há obstrução à q ã o dos aspersores. Compreende, entre outros: - fábricas de tecidos e de roupas; - fábricas de produtos químicos comuns; - teatros e auditórios; - oficinas mecânicas; - tipografias e impressoras; - livranas com grandes áreas de estantes. GRUPO 3 Inclui locais cuja combustibilidade dos materiais nele existentes, altura do teto (pé-direito) e obstrução são desfavorâveis separadamente, ou em conjunto. Compreende: - depósitos e trapiches de papel, tintas. móveis de madeira, mercadorias de lojas; - fábricas de papel; - fábricas de pneumáticos; - moinhos de trigo. Riscos elevados (Extra H m r d Occupancies) Incluem apenas os edifícios ou partes de edifícios cuja ocupação implica risco elevado e, como tal, definido pela auioridade com jurisdição. Temos: - hangares de aviões; - fábricas de produtos químicos de risco elevado; - explosivos e fogos de artifício; - armazenagem com pilhas acima de 3 m; - refinarias de petróleo; - extração de solventes; - trabalhos com vernizes; e - outras ocupações envolvendo processamento, mistura, armazenamento e distribuição de líquidos inflamáveis voláteis.

4.12.5 Tubulações O sistema de sprinkler contém um conjunto de tubulaçóes que podem ser assim classificadas: a) Linhas verticais ou colunas (risers).São as tubulações que abastecem o sistema. b) Linhas alimentadoras ou troncos (feed m i n s ) . Abastecem as colunas ou os ramais.

362

Instalaçdes Hidrdulicas Prediais e Industriais

c) Ramais (cross-mains). Tubos que alimentam diretamente as linhas nas quais os sprinklers são colocados. d) Sub-ramais (branch-lines). Tubos ligados aos ramais e nos quais são adaptados os sprinklers. hreas abrangidas As normas de segurança recomendam companimentaçãode riscos em áreas ou seçóes de fogo. A área máxima a ser protegida por um sistema em uma seção ou setor de fogo em um pavimento é Riscos leves 4.832 mZ Riscos comuns (com mercadorias armazenadas 4.832 m2 até o máximo de 3 m de alma) Riscos comuns (com mercadorias armazenadas com mais de 3 m, até 7 m de altura) 3.717 m2 Riscos elevados 2.323 m2 Algumas normas prevêem 3.600 m2 para área máxima a ser protegida no caso de riscos comuns. É conveniente que, a cada seção de fogo, corresponda um sensor de fluxo de água acionando alarme de incêndio num painel de controle. Emprega-se simultaneamente com o sistema sprinkler um sistema de detectares termovelocimétricos e de fumaça, os quais detectam e dão o alarme cerca de 3 minutos antes do disparo do primeiro sprinkler. O alarme possibilita em certos casos a extinção com o emprego de extintor portátil de C02,por exemplo, que não danifica os materiais nem prejudica a atuaçáo do pessoal treinado no combate a incêndio. enquanto é avisado o Corpo de Bombeiros, que, ao chegar, apenas anotará a ocorrência, se o sistema tiver funcionado a contento.

Temperatura de dispam do sprinkler A empola é fabricada para uma determinadatemperatura de disparo. Para evitar que o sprinkler dispare acidentalmente num dia de forte calor, ou que atue somente após o incêndio haver assumido proporções inaceitáveis, determina-se a temperatura de disparo em função da temperatura máxima permitida. Isto pode ser feito utilizando-se o gráfico do Associated Factory Mutual Fire Insurance Companies. Norwood, Massachusetts, EUA (Fig. 4.30). Para uma dada temperatura máxima permitida no ambiente a fim de que o sistema atue, o grN~coapresenta uma faixa para a qual se obtém a temperatura de ruptura do elemento sensível, designada por temperatura nominal de disparo itemper~rurerating). Assim, se a temperaturamáxima permitida para um ambiente for de50°C, entrando-se no gráfico da Fig. 4.30 com esse valor, verifica-se que é possível usar um elemento sensível com temperatura dedisparo desde 70 até 120°C. Quanto mais baixa a temperatura de disparo, tanto mais rapidamente entrará em ação o sprinkler. Atingida a temperatura. o elemento poderá atuar mais ou menos rapidamente, conforme sua inércia térmica, de modo que os elementos sensíveis se classificam em elementos de ação r$ida ou de ação lenta. Os de ação rápida (fasr sprinklers) em geral são os mais adotados.

Fig. 4 3 0 Gráfico para determina$áo da temperatura de disparo em função da temperatura ambiente mhima.

363

Instalaç~esde Proteçdo e Combate a Incêndio

MINUTOS A&

IGNIÇBO PARA

DISWRO DOS SPRINKLERS

Fig. 4.31 Efeito do pé-direito sobre o tempo de disparo dos sprinklers,

Duas circunstâncias afetam o rempo de dispam do elemento sensível: aaltura do teto (pedimito do local) e a distância do sprinkler ao teto. O prsf~coobtido em ensaios de laborathio na Divisão de Engenharia da Associated Factory Mutual F i Insurance Companies (Fig. 4.31) mostra. por exemplo, que partindo de uma temperama junto ao teto de 50°C, para um pé-direito de 5 m, o sprinkler disparará após 2 minutos. e se o pé-direito for de 10 m levará cerca de 3 4í minutos para diswar. O eráíiw da mencionada fonte indica o efeito da distância do chuveiro ao teto sobre o temw de do mi- - -disoam --r. ~- r-meiro chuveiro. Se o afastamento for, por exemplo, de 12 cm, o dispam do primeiro chuveiro ocorrerei após 60 segundos (Fie. 4.32a). . Em nas regiões de clima quente no Brasil, adotam-se para temperatura de disparo 60 a 70°C.

-

~~

-

TEMPO DE DISPARO DO PRIMEIRO CHUVEIRO Fig. 432a Efeito sobre a tempo de disparo, da distáncia do chuveiro ao teto.

364

Instalaçóes Hidráulicas Prediais e Industriuis I0 9

I

3a $ e

g5 V).

2o , V:'

>< W

u L

' O

so

IW

tm

zw zso rm

v~zAoNO SPRINKLER (dma/rnin) Fig. 4.32b Vazáo no sprirkler Wormald Resma tipo M 10 mm. para uso em riscos leves. Fator de vazão K = 57.

Capacidade dos reservatórios subterrâneos Numa instalação com sprinklers, a capacidade mínima para a reserva de água é de 120.000 1nos rese~at6riossubterrâneos.

4.12.6 Número de sprinklers Caso de riscos leves

Cada sub-ramal (bmnch line) conterá no máximo oito sprnrklers de um ou outro lado de um ramal (cross nuiin). Temos no caso, conforme o númem desprinklers para os encanamentos das categorias mencionadas anteriormente(risers, mim, cross mains),os diâmetros indicados na Tab. 4.14. Tabela 4.14 Riscos leves (NFPA) N.' d e sprinklers

Aço

Cobre

2 3 5 10 30 60 100

2 3 5 12 40

65 115 Acima de 100 (áreas c 4.800 m2)

DiBmetm d o hibo (polegadas) I 1 114 1 112

2 2 112 3 3 112 4

Tabela 4.15 Riscos comuns (NFPA) Diâmetm d o hibo

Instalaçdes de Proteçao e Combate a IncPndio

365

Caso de risem comuns

Cada sub-ramal conterá no máximo oito sprinklers de um ou outro lado de um ramal. Para as várias categorias de encanamentos, temos: Quando a distância entre os sprinklers no sub-ramal ou a distância entre os sub-ramais for superior a 3.65 m, deve-se adotar: 2 41" de diâmetro Para I5 sprinklers 3" de diâmem Para 30 sprinklers 3 ?h"de diâmetro Para 60 sprinklers No caso de ris%leves e comuns, p i e ser neces&io um maior niunero de sprinklers em cada sub-ramal, e pode-se excepcionalmente usar os valores indicados na Fig. 4.33a para o sub-ramal, devendo ser enao consuliado o Corpo de Bombeiis local para se obter a autorização.

2"

-

-

-

-2.-2-

-

a 8

SPRINKLERS

1"

lIh?1Y2~1V4*11/4" SUE RAMAL

2M. 2''

-

.

2"

2'

-

A

2'

T

-

-

-

1 IR* 1 W" 1 W'

i"

0

10 SPRINKLERS

Fig. 4 . 3 3 ~Número de sprinklers nos sub-ramais

VAZA0 NO SPRINKLER (drns/minj

Fig. L33b Vazão no sprinkler Womald Resmat tipo M 15 mm, para uso em siseos comuns ou m6dios. Fator de vazão K = 80.

Caso de riscos elevados S6 é permitida a instalaçãode até seis sprinklers em cada lado de um ramal. Apenas como indicação, pois 6 conveniente

neste caso fazer o d c u l o hidr~ulicodos encanamentos, podem-se usar as tubulações:

366


Tabela 4.16 Riscos elevados (NFPA)

Node

N" de Diâmetro do tubo

sprinklers

ACO Cobre

Diameho do

sprinklers

tubo

Aco

Cobre

4.12.7 Disposição das colunas (risers),ramais (cross mains) e sub-ramais (branch lines) I? Caso: Alimentação central. É o sistema preferido (Fig. 4.34).

Flg. 434 Sistema de alimentação cenml

2Toso: Alimentação lateral central. É aconselhável quando não se puder executar a instalação com alimentação cenual (Fig. 4.35).

R

-

DEVE FICAR A P b I T A W DAS JANELAS

D

Y

C

A

d

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

Fig. 4.35 Sistema de alimentação lateral central

b

Instalações de Proteçáo e Combate a Incêndio

367

3Vaso: Alimentação central pela extremidade (Fig.4.36).

Fig. 4 3 6 AlimentaçHo cenirai p l a extremidade.

4 T a s o : Alimentaçáo lateral pela extremidade (Pig. 4.37),

Fig. 4J'IAlimentação lateral pela extremidade.

Variante do 4 k a s o (Fig. 4.38).

Fig. 438 Variante de alimentação lateral pela extremidade.

368


Quando um ramal alimentar numerosos sub-ramais com apenns dois sprinklers em cada, pode-se adotar uma das dis. posiçks indicadas a seguir,ate 14 sub-ramais. a) Disposição aconselhada: risco comum (Fig. 4.39).

Fig. 439 Ramal alimentando numerosos sub-ramais com apenas dois sprinklers em cada. Disposição aconselhada.

b) Disposição aceitável: risco comum (Fig. 4.40).

Fig. 4.40 Solução aceitável para o caso mencionado na Fig. 4.39

C)Disposição aconselhada: nsco elevado. Até oito sub-ramais (Fig. 4.41)

ATÉ I S U O - R A M A I S

Fig. 4.41 Ramal alimentando ate oito sub-ramais de dois sprinklers. Disposição aconselhada.

d) Disposição aceitável: risco elevado. Até oito sub-ramais (Fig. 4.42).

ATE

e sui-RAMAIS

Ng.4.42 Solução aceitável para o caso mencionado na Fig. 4.41.

e) Disposiçtio aconseih6vel: nsco elevado. Ate 14 sub-ramais (Fig. 4.43).

Fig. 4.43 Ramal alimentando ai6 14 sub-ramais de dois sprinklers. Disposição aconselhada


369

f) Disposição aceitável: risco elevado. Até 14 sub-ramais (Fig. 4.44),

Fig. 4.44 Solução aceitlvel para o caso mencionado na Fig. 4.43

4.12.8 Distância entre sub-ramais e entre os sprinklers nos sub-ramais

-

Segundo o Standard for the Imtallation of Sprinkler Systems NFPA - n.' 13, Artigo 41 10, existem as seguintes recomendaçóes: "\ . - Para riscos leves, a maior distância entre os sub-ramais é de 4 5 7 m e a área abraigida por um sprinkler éde{8 m2., - Para riscos comuns, segundo a NFPA, a disiância máxima é de 3,65 m, e a área, igual ou inferior a 12 m2."1. Pela Norma Brasileira, considera-se um sprinkler para cada 9.10 m2e o espaçamento máximo de 4 m, pEiiiCos comuns; e 18 m' e 4.5 m para riscos leves. - Para riscos elevados, a NFPA estabelece a distância máxima de 3,30 m, e a área para cada sprinkler é de 8,130m2. Convém notar que a superfície horizontal molhada no piso é bem maior que a área correspondente a cada sprinkler, devido A abertura do cone de aspersão a uma dist$ncia de 3 m abaixo do ponto onde é colocado o sprinkler. ,'

Distância das paredes No máximo, adota-se a metade da distância entre os sub-ramais. Vejamos alguns casos importantes: 1e"j de concreto amado lisa, com vigas invertidas ou laje cogumelo (sem vigas). Riscos comuns segundo a NFPA (Fig. 4.45) Area máxima por sprinkler: LXS=12m2 sendo L c 4,56 m S S 3.66 m

--

O

s

!SI I

4

-

--

-

PILARES+

.

.-

-

o

C = distância entre

--

O

-

-*--

a--

-

-

,-.

9

Fi.4.45 Distância dos spnnklers As paredes

pilares

370


2? Laje com vigas @gs. 4.46 e 4.47) Riscos comuns Area máxima por sprinkler: sendo

Fig. 4.44 Distância entre sprinklers, caso de laje com vigas invenidas.

Fig. 4d7 Distância enm sprinklers, caso de vigas eomuns.

Insfalaçôes de Proteção e Combate a Indndio

371

A Tab. 4.17 refere-se h Fig. 4.48 e indica a máxima distância B do defletor acima da face inferior da viga. Em indústrias e onde as instalaçóes forem aparentes, devese colocar os sprinklers abaixo da rede de elewdutos ou barramentos em dutos. Não devem ficar pr6ximos As bocas de insuflamento de ar-condicionado ou ventilação (Fig. 4.49).

Tabela 4.17 Distância A do sprinkler a Face da viga (Fig.4.48) menos de 30 cm de30a61 cm de61a76cm de76a91 cm de 91 a 106 cm de 106 a 122 cm de 122 a 137 cm de 137 a 152 cm de 152 a 167 cm de 167 a 183cm

Máxima distdncia B do defletor acima da face inferior da viga O 2,s cm

5.0 7,6 10,2 15.2 17,8 223 28.0 35.5

Fie.4.48 Lxaliza@o do sprinkler. abaixo da laje e ao lado de uma viga. d

~

.

.

Fig. 4.49 Localização de sprinkler em forro falso.

4.12.9 Afastamento vertical do sprinkler, de elementos estruturais - teto liso: 2.5 a 30 cm; - teto com vigas: 2.5 a 45cm; - vigas longitudinais e transversais: - nos vãos: 7.5 a 40 cm; - sob as vigas: no máximo 50 cm abaixo do teto. Nossa legislação obriga a "existência de um espaço livre de pelo menos 1.00 m abaixo e ao redor das cabeças dos chuveiros, a fim de assegurar uma inundação eficaz" (Portaria 3214, Lei 6514). Formato da superfície de aspersão do sprinkler A forma da geratriz da superfície cônica lateral do volume de igua espargida por alguns tipos de sprinklers GW da Sulzer acha-se indicada na Fig. 4.50a. A área moihada é determinadapelo Método Brasileiro MB-267 da ABNT.Depende das características do aspersor e da pressão da água. A norma prevê que um sprinkler deve ter uma vazão tai que as medias dos volumes de água coletados durante 5 minutos, h pressão de descarga de 0,46 kgf/cm2em recipientes dispostos em círculo, atinjam mínimos predeterminados. situados em faixas que vão de 0,325 1no centro do círculo, exatamente embaixo do chuveiro, ate 0,025 l a uma distância de 2.4 m do centro.

372


Fig. 4.50~Bocais Sulzere modalidades de aspersão dos sprinklers GW.

4.12.10 Descarga de água nos sprinklers É evidente que a eficácia da ação dos aspersores dependerá do espaçamento entre eles, do diâmetro e da pressão da água. A Norma n.O 13 da NFPA estabelece, como já vimos, o espaçamento entre os sprinklers. Fornece também a Tab. 4.18, que permite determinar a descarga em funçêo do diâmetro do sprinkler e da pressão. A Tab. 4.19 também pode ser usada para se obter a descarga em função do diâmetro do sprinkler e da pressão no mesmo. Pode-se calcular a descarga considerando-se as grandezas para um sprinkler de W, fazendo-se a correção caso o diâmetro seja diferente. Os valores obtidos são um pouco diferentes dos da Tab. 4.19. P m sprinkler de orifícios diferentes, calcula-se a descarga pela fórmula

Q -g

~ m

P - psi onde K é um fatorde comção ou coeficiente de descarga que se encontra na Tab. 4.21, e que depende do modelo do sprinkler.

Tabela 4.18 Escolha do sprinkler em funçáo da descarga e da área coberta pela cortina d'água Tipo de Diâmetro Resslo de Descarga Area Distância sprinkler do orifício descarga máxima (Us) abrangida por do sprinkler no aspersprinkler entre (em polegasor sprinklers ím2) das) íkaf/cm2) ím) 13.93

Pendente do teto

18.58 17/32

1.05 2.11

1.98 2.80

27.87 27.87

4.26 5.18

Instalações de Proteçào e Combate a Incoldio

i i ~id;tm

1

: ;?D :

sprinkler pol.

Tabela 4.19 -

12.7

-

Pressão no sprinkler kgf.cm2

mm

112

-

Descarga do sprinkler (com coef. de descarga 0,s)

Area do orifício (cm2)

0,35 112

373

0.70

0.82 1 . s

1.29

'

1.20 1 . s

1,05

-'

1,451 . s

'

Tabela 4.20 Pressão P no sprinkler de 112" (kgf.cm-i)

PSI ( I b l p ~ l . ~ )

0.73 1.O9 1.46 1.82 2,55

3,65 5,47 7.3

10 15 20 25 35 50 75 100

Descarga Q í1.s-')

GPM

1,13 1,38 157 1,76

18 22 25 28 34 41 50 58

2.14

2.58 3.15 3.65

A Norma Brasileira EB-152 de 1978 apresenta a Tab. 4.21, com os valores de K calculados para descarga Q expressa em dm'lmin e P em bar. A Fig. 4.50b apresenta um gráfico de Q em função de P de sprinkler da Wormald Resmat, com K = 80.

Tabela 4.21 Diâmetro nominal do orifício Fator K

Percentagem da descarga em relação ao orifício de 112

10

9

-W

-r, 5

8 7 6

?L

2

5

n.

v>,

!i! o'

'3 L l l t Lu

a. L

1

o

10

100

1%

100

no

a00

VAZA0 NO SPRINKLER (drn3/rnin)

Fig. 4JOb Vazio no sprinkler Wormald Resmat. tipo M 15 mm,para uso em riscos comuns ou niédios. Fator de vazão K = 80.

374

InstalaçOa Hidráulicas Prediais e Industriais

Tabela 4.22

Médio

Grande

20

57 I 5% 80 I 5% 115 I 5%

4.12.11 Elementos de fixação dos encanamentos Empregam-se suportes e braçadeiras de vários tipos. entre os quais os apresentadosnaFig. 4.51

Localiza@o dos suportes de k a @ o A distância máxima B entre os suportes das linhas de água do sistema sprinkler é de: B=3,60mparatubosde 1"e 1 %" B = 4.50 m para tubos de 1 Vi" e acima

Bnçadeiraa ajusiiiveis para ramais

Suporte para ramais em vergalhlo

Tipo h4 (NFPA)

Tipo 0 (NFPA)

Flg. 4.51 Tipos de suportes para linhas de sprinklers.

Fig. 4.52 Disthcia máxima entre os suportes

Tiw R (NFPA)

Instalações de Proteção e Combate a Incêndio a)

375

LocBrUação de suportes nos snb-mmlr Deve haver pelo menos um suporte na extremidade de cada sub-ramal. A distância mínima entre o sprinkler e o suporte 6 dada pela Tab. 4.23 e acha-se representada nas Figs. 4.53 a 4.56.

Tabela 4.23 Dimensão do suporte

Distância mínima entre o sprinkler e o suporte A

I P ou menor Acima de IiZ" at6 1" Mais de 1"

15,O cm 30.5 cm

I Ouond0 8

{

-

7

- .

maior que 91cm p/ I" d . qucl2Oem p/lV4"# maior

Fig. 4 5 3 Disdncia mínima entre sprinkler e suporte.

Fig. 4 5 4 Colocaçáo de dois ramais entre vigas.

376


SUBALIMENTADOR

LATERAL

Fig. 4.55 Subalimentador lateral

SUBALIMENTADOR

CENTRAL

Fig. 4.56 Subalimentador central.

b) Localização de suportes dos ramais Deve haver pelo menos um suporte em cada trecho entre dois sub-ramais, salvo casos especiais previstos pela Norma, em que podem ser dispensados nos trechos em que a fixação dos sub-ramais fica bem pr6xima ao ramal. c) L o c ~ ã de o suportes nos alimeniadores Deve haver pelo menos um suporte a cada 4,57 m de encanamento

d ) Localizaçóo de suportes nas colunas alimentadoms Se a coluna puder ser apoiada em fundação no solo, colocam-se suportes a cada quatro pavimentos. Se não tiver apoio no solo, suportes em cada pavimento. Em prédios de at6 10pavimentos, acima do quinto pavimento não há necessidade de suporte. Em prédios de mais de 10pavimentos, são exigidos suportes no solo, no quinto e nono pavimentos e, a partir dai, a cada quatro pavimentos.

instaiqão típica de sprinklers A Fig. 4.57 representa uma instalação típica de sprinklers para uma área ampla, sem paredes divisórias.

Instalações de Proteçáo e Combate a Incêndio

.

I FEED CROSS Y A I N

SUB.

RAMAL

YAlN - A L I I E N T & O O I tVARl&NrE l

IIaYaL

ALARME ACIONA

Fig. 457 Instalação típica do sprinkler em grande &a sem divis6rias (nsw comum).

3

377

378

lnstalaçóes Hidráirlicaç Prediais e Industriais

Fig. 458 Sistema de reste.

Vêem-se os sub-ramais (branch-lines)com oito sprinklers, alimentados por um ramal (crnss-main) que deriva de um ramal principal (feed main). Este é alimentado por um riser colocado junto à parede e no qual existe uma válvula de fluxo para alarme, uma derivação para hidrante e outra para um dreno. Um manômetm indica a pressáo no riser. Na extremidade do ramal (cross-main), usa-se um sistema de teste como indicado na Fig. 4.58. Af i m Walther & Platt propõe para a instalação da válvula de alam-te a central que se vê na Fig. 4.59 e que representa excelente solução.

4.12.12 Fornecimento de água à rede de sprinklers O fornecimento de água h rede de sprinklers pode se efetuar por um dos seguintes sistemas:

- por alimentaçáo dieta de um reservatório de acumulação elevado, que pode estar no mesmo préáio ou constituir um castelo d'água. O reservatório deverá ter capacidade para atender durante 60 minutos, no caso de riscos leves, a uma descarga de 20 X 90 litros por minuto (correspondente a 20 aspersores de E") ou seja, 108.000I. Em geral, consideram-se 125.000 1. No caso de riscos médios, deverá proporcionar até o dobro dessa descarga durante 60 minutos, o que conduz a um reservatório superior muito grande e de elevado custo. Nos sistemas de sprinklers, como aliás em todo sistema de combate ao fogo, procura-se, porém, dispor de duas fontes independentes de fornecimentode água. sempre que possível. Para isso, usa-se a água proveniente do reservatório elevado do prédio, ou do castelo d'água mencionado, apenas para manter as bombas escorvadas, e recorre-se ao bombeamento de água de um reservatório inferior. A capacidade de reserva de incêndio do rese~atbri0superior neste caso pode ser reduzida para 50.000 1, para riscos médios, e 6.000 1, para riscos leves; e o inferior terá no mínimo o complemento para o valor total acima mencionado. Para riscos médios, a capacidade de reserva para incêndio no reservatório inferior é da ordem de 200.000 1. O nível mínimo da água no reservatório elevado deverá estar pelo menos 12 m acima da linha de sprinklers mais elevada e afastada, para levar em conta a perda de carga, pois a pressão de funcionamento dos sprinklers é da ordem de 8 a 10 mca Como isto não é conseguido nos três Últimos pavimentos, recorre-se ao bambeamento na rede de sprinklers.

Encanamentos Os encanamentosdeverão ser de aço sem costura, pretos, próprios para solda, fabricados segundo as especificações A120 da Americun Sociev for Tesring Materials (ASTM), Schedule 40 ou DIN-2440. Não podem ser embutidos em lajes ou vigas.

Instalações de Proteção e Combatea Incgndio

Fig. 459 Central de vilvulas de alarme Wallher c.Plau

379

380


Flow-Switch Nos ramais principais devem ser usadas válvulas de controle de descarga (flow-switch),a fim de acusar o disparo de qualquer sprinkler do setor.

Dreno As tubulações dos ramais devem ter declividade de 2 mm por metro de comprimento em direção a u m dreno constituído por tubo de 1" de diâmetro com registro. Sistema hidropoeumáticu Para evitar o emprego do reservatório superior, pode-se optar por uma instalação hidropneumática. O reservatório de pressurização é dimensionado para estar com 2i3 de sua capacidade com água, no momento de funcionar pelo evento de um incêndio. Um reservatório inferior constitui a segunda fonte de suprimento de água, sempre conveniente em instalações de combate a incêndio. e, neste caso, indispensável. Em certos casos, o NFPA admite projetar-se o sistema de modo que posua atender a uma rede de sprinklers simultaneamente com arede de hidrantes. Nesta hipótese, considera-se funcionando simultaneamente dois sprinklers e um hidrante. O reservatório de pressurização, no caso de riscos leves, deverá poder conter de 7.500 a 12.000 1, ocupando a água 2/3 do reservatório e, no caso de riscos médios, 11.000 a 22.000 1. A pressão inicial mínima no reservatório com 2 3 de água deve ser de 5 kgf.cm-" acrescida de 1.3 vez a altura h entre o ramal de sprinklers na cota mais elevada e o nível da água no reservatório, isto é,

P,, = 50 + 1.3.h (mca) Quando a pressão no reservatório hidropneumático cair a valor correspondente a (30 mca - 0,87 h), a bomba deverá entrar em ação, de modo a fornecer água a 20 sprinklers e a encher o volume esvaziado no reservatório. O reservatório inferior deverá ter capacidade para 120.000 1 para o caso de previsão de riscos leves. Pelo exposto, a bomba deverá atender à seguinte descarga:

1"aso Para 20 pontos de sprinklers de ?4" : 20 X 1,45 1,s-' X 60 = 1.740 Um 2Taso Sistema misto (prinklers e hidrantes) Para dois pontos de sprinkler~:2 X 1,45 X 60 = 174 e = 250 1 mangueira (caso de risco leve) = 424 Umin Descarga total Embora a hipótese correspondente ao 2" caso seja prevista pelo NFPA, nossos códigos não a mencionam. Numa instalação hidropneumática de sprinklers, utilizam-se uma bomba acionada por motor elétrico e outra por motor diesel. Ao iniciar-se o incêndio, o calor gerado no localexpande o líquido daempola do sprinkler, rompendo-a. A água sob pressão do ar no reservatório hidropneumático começa a escoar sob forma de chuveiro sobre o foco do incêndio. O escoamento determina0 funcionamento de uma válvula de alarme, que aciona a válvula de controle de pressão. a qual, por sua vez, atua sobre um sistema de alarme local e no quadro geral de controle. Quando a pressão no resewatório cair a um valor correspondente ao reservatório com aproximadamente metade de seu volume de água, um pressostato ligará o sistema elétrico de bomba. Se faltar energia elétrica, um disjuntor desarmará a chave do motor da bomba e um relay ligará a bateria do motor de manque do gmpo diesel-bomba. O que foi visto no Cap. 1 sobre reservatórios hidropneumáticos se utiliza no caso presente. com os dados de descarga e pressão aplicáveis. Embora o sistema hidropneumático não seja obrigatório, alguns projetistas preferem-no. A Fig. 4.16 representa simplificada e esquematicamente uma instalação de combate a incêndio em um edifício de escntórios de considerável número de pavimentos. Na instalação foram prevista^: - instalação de comando direto, com caixas de incêndio nos hulls dos andares e - instalação automática de ~prinkiersnos hails e salas dos andares. Observa-se que há duas redes distintas, cada qual abastecida por uma bomba: uma para alimentação dos hidrantes nas caixas de incêndio; outra para o sistema de sprinklers. A bomba acionada pelo motor diesel deverá possuir condições para operar os 20 sprinklers (hipótese mais desfavorável), ou combinação de sprinklers com hidrante, com descarga equivalente se o Corpo de Bombeiros local o permitir. No esquema não foi previsto reservatório hidropneumático, mas foi colocada uma válvulade alivio, no início do recalque das bombas para sprinklers, a qual permite o retomo ao reservatório de uma pane da água, na ocorrência da sobrepressão devido ao fechamento rápido de registros nos hidrantes ou válvulas de bloqueio na5 colunas (risers)do sistema sprinkler. Quando a pressão a temer é inferior a 7 k g f . ~ m - não ~ , é obrigatório utilizar válvula de alívio. mas alguns projetistas colocam-na mesmo para pressões menores. Em vez da válvula de alivio, pode-se usar uma câmura-de-ar com a capacidade mínima de 100 1.

Inçtalaç6~sde Prolecão e Combate a Incrndio

381

4.12.13 Bomba para sistema de sprinklers Como acabamos de ver. segundo nossos regulamentos. a bomba deverá abastecer simultaneamente 20 pontos de sprinklers. Pode-se saber a descarga de cada aspersor. usando-se a Tab. 4.19, que, para diâmetros e pressóes usuais, fomece a Itrea do orifício e a descarga correspondente. Assim, usando sprinkler de %"e considerandopressáo de 1,O5 kgf.cm, teremos para 20 sprinklers previstos funcionando simultaneamente uma descarga de

Se os sprinklers por exemplo, estiverem, no último andar de um edifício de 12 pavimentos e a bomba estiver no subso10, considerando um pé-direito de 3,10 m em cada pavimento, teremos uma altura estática total de 13 X 3,10 = 40,30 m. Admitamos, numa primeira aproximação, que as perdas de carga correspondem a 20% de altura acima, isto é, a 8,06 m. Como o sprinkler mais afastado deve trabalhar sob uma pressão de 1,05 k g f . ~ m = - ~10,50 mca, devemos acrescentar esta altura para obtermos a altura manométrica, isto é,

A potência do motor da bomba será, supondo rendimento de 75%.

O motor da bomba seria de 30 cv.

A tubulação de recalque pode ser calculada considerando-se a descarga de 29 1,s-' e a velocidade de recalque da ordem de 2.5 m.s-'. Entrando no ábaco da f6nnula de Flamant (Cap. 1). com esses valores, obteremos, para a perda de carga, J = 0,06 mlm, e para o diâmetro, 5" (127 mm). A perda de carga normal no tubo com 40.30 m de comprimento real será: 40,30 X 0,06 = 2,41 m. Como supusemos a perda total como sendo de 8.06 m, sobram 8,06 -2,41 = 5,65 m para perdas em conexões e válvulas. Depois de traçado o esquema da instalação, o cálculo poderá ser feito com maior precisão, pois serão conhecidas todas as conexões e válvulas. Além disso, a escolha da bomba deve ser realizada consultando-se o catálogo do fabricante, tal como vimos no Cap. 1. Poderíamos usar o gráfico da Fig. 4.23 e escolheríamos para os valores

uma bomba Worthington, Modelo D. 1011 (4 X 3 X 8) com motor de 30 HP, 60 Hz 3.550 rpm. Observu~Uo:Quando se adota vazão de 75 Umin . ( 1 3 1 . s-') e pé-direito de 3 m, a pressão no sprinkler é da ordem de 2 kgfcm-' para riscos leves, usando boquilha de 10 mm. como se pode observar na Fig. 4.32b.

4.13 EXTINTORES PORTÁTEISE SOBRE-RODAS A critério do Corpo de Bombeiros. os im6veis ou estabelecimentos, mesmo dotados de outros sistemas de prevenção, serão providos de extintores. Tais aparelhos devem ser apropriados à classe de incêndio a extinguir. Sua instalação obedece às determinações do COSCIP, do Corpo de Bombeiros e o especificado na Portaria no21 de 55-56 do DNSPC e as Normas da ABNT.

Classes de incêndio Para o cumprimento das disposições abaixo, referentes a extintores, será adotada a classificação de incêndio, segundo o material a proteger, em classes A, B, C e D, conforme foi apresentado no início deste capítulo, no item 4.2. Tipo e capacidade do extintorp Identificado o material a proteger e caracterizada,portanto, a classe, o tipo e a capacidade dos extintores serão determinados obedecendo-se ao seguinte: I. O extintor do tipo água-gás ou água pressurimda será exigido para a classe A e terá a capacidade mínima de 10 1, havendo extintores de até 18 1. Possui uma câmara com gás propelente. Atende à especificação da ABNT n.OEBlho

11. O extintor tipo espuma será exigido para as classes A e B e terá capacidade mínima de 10 1.

382

InstalaçOes Hidráulicas Prediais e Industriais

UI. O extintor tipo gás carbônico será exigido para as classes B e C ou classe A no seu início, e teri a capacidade mínima de 4 kgf. Possui válvula de descarga, tubo sitão, carga de C 0 2e o esguicho difusor ligado à válvula de descarga. Obedece à especificação EB-150 da ABNT. Existem dois tipos muito usados: - portáteis: para 6 kgf de dióxido de carbono. - sobre-rodas: para 25 kgf de dióxido de carbono. As unidades de tipo maior, de 60 a 150 kgf, devem sempre ser montadas sobre rodas. IV. O extintor tipo pó químico será exigido para as classes B e C e terá capacidade mínima de 4 kgf. V. Extintores de compostos por halogenação serão exigidos a critério do Corpo de Bombeiros. VI. Nos incêndios Classe D é usado o extintor tipo químico seco, porém o p6 6 escolhido especificamente para cada material. Obsewafcio: O abafamento por meio de areia (balde de areia) é usado apenas como auxiliar nos combatesdos fogos das classes B e D.

Quantidade de extintores A quantidade de extintores será determinada no laudo de exigências do Corpo de Bombeiros obedecendo à Tab. 4.25, estabelecida para uma unidade extintora. A Tab. 4.24 apresenta exigências mais rigorosas que as constantes da NR-23 de Protefão contra Incêndios, da Portaria n." 3214, que regulamenta a Lei 6514 de 22-12-1977, baseada na Tarifa de Seguro Incêndio do Brasil -do Instituto de Resseguros do Brasil (IRB). Em indústrias, galpks e oficinas, os locais onde ficam os extintores devem ser sinalizados por círculos ou setas vermelhas. Independentemente da área ocupada, deverão existir pelo menos dois extintores para cada pavimento (Portaria 3214). A Unidade Extintora consta de um ou mais extintores, obedecendo a escoiha do número de extintores à Tab. 4.25. Os extintores deverão possuir o selo da Marca de Conformidade da ABNT, seja de Vistoria ou de Inspecionado, respeitadas as datas de vigências. Os extintores não deverão ter sua p m e superior a mais de 1.60m acima do piso. Não podem ser colocados nas paredes das escadas.

Tabela 4.24 Risco de fogo Pequeno Médio Grande

Area máxima a ser protegida por unidade extintora [250 mil [I50 ma] [I00 m21

Tabela 4.25

Distância m6xima para o alcance do operador i20 ml 115 ml [10ml


383

4.14 PROJETOSDE INSTALAÇÃODE COMBATE A INCÊNDIO EM EDIF~CIOS Os projetos a serem apresentados ao Corpo de Bombeiros obedecem as seguintes normas: I. As plantas terão as dimensões mínimas de 395 mm (trezentos e noventa e cinco milímetros) X 297 mm (duzentos e noventa e sete milímetros) e máximas de 1.320 mm (um mil trezentos e vinte milímetros) X 891 mm (oitocentos e noventa e um milímetros), e serão dobradas de modo a ficar reduzidas ao tamanho de 185 mm (cento e oitenta e cinco milímetros) X 297 rnm (duzentos e noventa e sete milímetros), no formato A4 da NB-8 da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). 11. As escalas mínimas serão de: a) 1:2.000 (um por dois mil) para plantas gerais esquemhticas de localização; b) 1:500 (um por quinhentos) para plantas de situação; . C) 1:50 (um por cinqüenta) ou-l:lOÓ (um por cem)para plantas baixas, fachadas e cortes; d) 1:25 (um por vinte e cinco) para os detalhes. III. Nos casos em que for previsto pelo Código qualquer sistema preventivo fixo contra incêndio, ao requerer o laudo de exigências o interessado juntará o projeto dos referidos sistemas, assinado por pessoa credenciada no Corpo de Bombeiros, contendo todos os elementos necessários h sua apreciação. IV. Nos casos de edificações localizadas em elevações, encostas, vales ou em bases irregulares. a planta de situação deverá indicar o relevo do solo ou da base por meio de curvas de nível de metro em metro; os cortes deverão conter o perfil do terreno ou da base e o nível do meio-fio do logradouro; as plantas das fachadas deverão indicar os perfis dos logradouros limítrofes. V. Nos casos de edifícaçóes cuja arquitetura prejudique o alcance normal de uma auto-escada mecânica, poderão ser exigidas a planta de situação cotada, a dos perfis e níveis dos logradouros limítrofes e as das fachadas e cortes. -

4.15 INSTALAÇÃODE COMBATE A INCÊNDIO COM ESPUMA Em instalaçks onde são armazenadas grandes massas de líquidos inflamáveis, como gasolina, acetona, álcool, solventes etc., quer em tanques externos, quer em depósitos em interiores, uma das formas mais eficazes de combate ao incêndio, debelando-o ao irromper em um reservatório e impedindo que se propague, consiste na utilização de espuma de alta expansão. que produz o abafamento do combustivel, impedindo a oxigenação do mesmo e provocando seu resfriamento (Fig. 4.60). A espuma é lançada no interior do reservatório onde se encontra o líquido inflamável, podendo também ser lançada com canhões ou mangueiras com esguichos, sobre o tanque onde estiver ocorrendo o sinistro e sobre os tanques vizinha, para protegê-los. Vejamos em que consiste o sistema, que obedece ao disposto na Norma 1 1-A, da NFPA (Fig. 4.62). Existe um reservatório de pressão - o depósito - que armazena um extrato biodegradtivel de base proteínica (fluoroproteínas) formador de espuma, como é o caso dos extratos Komet da Bucka, Spiero, Com. e Ind. e Importação S.A., e o Ansulite ARC, da Wormald Resmat Ltda. A água de um reservatório de acumulação, pela ação de uma bomba, graças ao efeito de um venturi em comunicação com o reservatório de extrato, arrasta esse produto que, emulsionado com a água, vai numa tubulação até o tanque que se pretende proteger. Pode-se usar um filtro para a água antes da mistura com o extrato, para evitar que qualquer impureza vá ter à tela do dispositivo, mencionado a seguir.

Fig. 4.60 Lançamento de espuma com esguicho modelo KR-35 da KOMET-S.

384


BF

2

Y

>

o

Y

2 Q

I

L

m L

o

3 Y C

Y C

zX

oI

2u : m ;

'", Q -

áO

Instalações de Prolepio e Combate a Incêndio

r

Fig.4.62 Esquema de instaiaçfiodo proporcionador de extrato diretamente no &que

INDICADOR

385

DE M ~ V E L

da bomba de Agua.

A mistura do extrato com a água se efetua graças a um componente da instalação denominadoproporcionador, o qual dosa automaticamente o extrato, de modo a manter uma relação constante de água-extrato, embora a descarga de água varie e possa ocorrer também variação de pressão. A dosagem mais comum é a de 3 a 5% de extrato. Ao atingir o tanque ou outro local de lançamentode espuma, a mistura dgua-extratopassa por um dispositivoformador ou gerador de espuma. Este nada mais 6 do que um ejetor de água-extrato, isto 6, um bocal convergente que permite a incidência do líquido (água-extrato) num venturi (bocal convergente-divergente),atrastando ao mesmo tempo, pelo efeito conhecido do ejetor, considerável volume de ar, que com a mistura citada irá formar a espuma. A Fig. 4.64 mostra o formador de espuma tipo KRTL da Bucka, Spiero, Com. Ind. e Importação S.A. Os grficos e a tabela apresentados na Fig. 4.64 permitem obter: -A vazão de espuma produzida. Entra-se no gráiico i% direita com a vazão de água em Vmin e a pressão de entrada na câmara de amqão do formador (em geral, igual a 5 kgf:cm-3. Com esses valores fica definida uma das curvas inclinadas (numeradas de o a i). Em

1

-

~ G U A EXTRATO

--

b ---,-

-

RESERVA ORIO DE 6wA

I

'

Fig.4.63 Instalação do proporcionador em paralelo. Dispensa a bomba do extrato

386


DADOS ~ É c ~ i c o s VAZEO A 5 k g t / c m z I V A Z X O DE I

H=ALTURA ~ -

I DA L ESWMA ACIMA

- 3-5%

DE EXTRATO FLANGES I I CURVA

W FORMADüR ATÉ A C-A

ST -

10 =I

o

5 PRESSÃO

6

7

8

em k g t / c m e

Fig. 4.M Formador de espuma mecânica tipo KRTL (Bucka, Spiero).

9

10

Instalações de Proteçdo e Combate a lndndio

PARA OS SPRINKLERS

PARA OS HIORANTES

DE

EXTRATO

WRCIONADOR PARALELO

,

Ng.4.65

dwn

Esquema de instalação das bombas,

do proporcimador paralelo e d a alimentação dos pontos de sistema.

CONFORME PADRÁO ANUI VA 7. O OIMENS EM Imin. :O.' HI I LI G-NW.1001 300 20001 575 I365 1220 G-NW-1501 6 0 0 40001 595 1385 1255 FLANGES

-

Fig. 4.66

I

HZ

B L S , ~ 150 1bi. mm. ipmi. FLANOESíNOMINALl P I L Z I ~3 mn. G o l . I mm. pot.

I

I 2 7 5 I 2 1 0 1 100 1275 1210 1 150

1 1

B

4"

I 50 1

6"

50

1

1

2' 2.

Roporcionador automático tipo G-NW (Bucka, Spierw).

I1 1

I 3 63

387

388

InstalafaPsHidráulicas Prediais e Indust~is

seguida, no gráfico à esquerda, enhando com o valor da pressa0 e subido até a curva anteriormente encontrada (numerada de a a i). obtem-se à esquerda o volume de espuma produzido. - -A altura útil da espuma. O gráf~cona parte inferior da figura indica a que altura a espuma t capaz de elevar-se no tubo até chegar ?I câmara de exvansáo, de onde se espalhará no tanque. Pode-se o b s e ~ a que. r se o tanque for muito elevado e se dispuser apenas de 5 igf.cm-~,o formador deve ficar colocado abaixo da câmara, no máximo a 10 m. A Fig. 4.62 apresenta esquematicamenteuma instalação de casa de bombas com tanque de extrato e proporcionador. O propocionador pode ser ligado ditamente ao tubo de recalque da bomba de água (caso da Fig. 4.62). ou ficar em paralelo, como indicado na Fig. 4.63. Neste caso, pode-se empregar o proporcionador paralelo tipo PV da Bucka, Spiero @g. 4.67) ou o tanque diafragma com proporcionador da Wormald Resmat Ltda. A instalação de combate a incêndio, às vezes por economia, prevê a mesma bomba para funcionar quer no sistema de hidrantes, quer no de sprinklers, quer no de espuma. Para evitar a necessidade da manobra de registros pelo operador, podem-se usar vtüvulas de controle de descarga nas linhas dos sprinklers e hidrantes, que, ao se escoar a Pgua, determinam a ligação da bomba automaticamente. Para acionar o sistema de espuma manualmente, fecha-se o registro de gaveta das linhas de sprinklers e hidrantes e abre-se o do sistema de dosadores e linha para as câmaras de espuma e hidrante-canhão, se este existir. Caso o sistema de espuma seja de funcionamento automático comandado por detectores, deverá haver vP1vulas de solenóide no ramal do sistema e no ramal dos dosadores.

1 p L j

Fig. 4.67 Roporcionador paralelo tipo PV da Buch, Spiem Com. Ind. e Import. S.A.

IR. 1~,i

Instalaçdes de Pmteçáo e Combate a Incêndio Incêndro pom I m a

0

:460

Fi.4.68 Tanque de enchimentode extrato (Bucka. Spicro)..

A

Fi& 4.69 amara de espuma tipo ST (Bucka, Spiem).

Tanques para armuenamento de extrato para espuma A Fig. 4.68 mostra um tanque padrão Bucka, S p i m com capacidade ate 10.000 1de extrato. O enchimento é realizado pela e n ú a d a ~a, qual dispóe de um funil com peneira B a funde evitar a formação de espuma durante o enchimento. O nível é medido no quadrante F, e indicado por um ponteiro cujo movimento é comandado por um sistema de barras articuladas, acionadas &la bóia C. A válvula de compressão D permite a entrada de sucção de extrato. Câmara ou difusor A espuma que sai doformador segue atéuma câmara ou difusor antes de ser lançada no interior do tanque, de modo que a expansão de espuma se faça adequadamente. A Fig. 4.69 mostra a câmara de espuma tipo ST da Bucka, Spiero; e a Fig. 4.70, uma câmara ST com defletor S M ' do mesmo consagrado fabricante, cuja finalidade é espalhar a espuma na parede interna do tanque e sobre a superfície do líquido. Se o tanque for muito alto, para evitar que a espuma ao cair seja parcialmente consumida pelo fogo, a Bucka, Spiero recomenda o emprego dos deslizadores DW, fixados ti parede interna do tanque. No deslizador, a espuma desliza de uma chapa inclinada para outra, até atingir a superfície do líquido em chamas, e sobre o qual se espalha, apagando o incêndio (Fig. 4.71). Existe uma chapa inteiriça de aço que separa o deslizadordo centro do tanque, de modo que aespuma saia lateralmente. O formador de espuma pode ser acoplado ti câmara.E o que mostra a Fig. 4.72, onde se vê a câmara tipo MBS-KOMET da Bucka, Spiem. A Fig. 4.73 mostra sugestões da Bucka, Spiero para instalação do formador de espuma e câmara. Vê-se a ligação de quatro conjuntos a uma tubulação em anel em volta do tanque. Quando for prevista a possibilidade de extravasamentodo tanque, com conseqiiente incêndio, pode ser usado o inundodor. A Fig. 4.74 mostra a solução de se empregar apenas uma câmara ST e um inundador GS, fican. o formador de espuma do lado externo do dique de proteção. Indicações para o cáiculo de uma instala40 de combate a incêndio com espuma, segundo normas da NFPA

I. Vazáo da solução água-extrato (usando câmaras e fomdores BSC-KOMET): 4.07 Vmin/m2de áreas de superfície livre de inflamável no tanque para hidrocarbonetos líquidos, áicml metilico e etiliw, acetato de etila e metiletil-cetona.

390

lnstalaçda Hidráulicas Prediais e Industriais

I

Fig. 4.70 Insialação com defletor SKf (Bucka, Spiem).

Instnlnçóes de Proteção e Combate a Incêndio

A

I

391

DETALHE DO SELO DE VIDRO

., '

2 - VEDAÇÃO 3 - PARAFUSO 1 VIDRO

v :

-

T

COM

BORBOLETA (DE LATÃOI

FLUXO DE ÁGUA-EXTRATO EM GRANDE VEUICIDAOE DADOS

T~CNICOS V A Z ~ O A 5 kpf/cme

MODELO

V A Z R O OE A'GUA \ESPUMA t

1

i I I S , ~ ~ ~ "A"

@-

-

3-5%

FLANGES

I

DE EXTRATO

D I M E N S ~ E S EM

"8"

mm

1

1

I

PESO EM kgf I

VAZÁO DE ESPUMA

-0 2

h . '

PDSIÇÃO DOS FLANGES FLANGES CONFORME ANSI-8- 16,s-150lbs. FLANGES ESPECIAIS 5 0 8 ENCOMENDA

MBS

:COM

FLANGE MBSs: SEM FLANGE BUCKA, S P I E R O

Ftg. 4.72 Conjunto formador de espuma mecânica com câmara tipo MBS para tanque de teto fixo tipo MBS =com flange. MBSs = sem flange (Bucka, Spiem).

392

Instalações Hidrriulicas Prediais e Industriais

I A R R A B C M üE ESPUMA

Y

Fig. 4.73 Tanques com formador c câmara (Buch, Spiero).

O

Y

Y

O C

u C Y

1 "I

a

O 2 4 C

K R O C O M INUNDADOR OE DIOUES OS

Fig. 4.74 Tanque com inundador de diques GS (Buch, Spiero).

Tabela 4 s

Acima de 24 até 36 m Acima de 36 até 42 m Acima de 42 ate 48 m

4

Instaluçóes de Pmteçdo e Combate a Incêndio

393

Tabela 4.27 Tipos de câmara em função do inflamável armazenado Câmara tipo I1 (com defletor SK e SKf flangeado)

Câmara tipo I (ST com deslizador

Tipo de inflamável armazenado

DW) 6ieos lubrificantes- resíduos viscosos secos com mais de 50 segundos. Saybolt-Fural a 50°C. 61eoscombustíveis secos com ponto de fulgor acima de 93°C

25 mio

15 min

Querosene. 61eo diesel, 6leos leves para fomo, com ponto de fulgor de 38°C a 93°C

20 min

benzo1 e líquidos ponto de fulgor abaixo de

I

30 min

30 min

55 min

Pcuóleo CN

30 min

55 min

Solventes polares que exigem espuma cspecial antiálcool

30 min

-

I

I I

Para a acetona, áiçwl butílico e éter isopmpiteco, a vazão deve ser de 6,OUminlm2e até mais, conforme o caso. 2. Número de câmaras em função do diâmetro do tanque. 3. Tempo mínimo de operação do sistema, isto é, de suprimento de extrato formador de espuma. A Tab. 4.28 mostra o tipo e a vazão em Umin para vários valores da pressão nos diversos elementos do sistema. Esta, em geral, é de 5 kgWcm2. Tabela 423 Vazões em função da pressão nos componentes d o sistema d e espuma

Tabela 4.29 D i â m e h do maior tanque

a r i0 m acima de 10 até 20 m acima de 20 até 28 rn acima de 28 até 36 rn acima de 36

Número de linhas de mangueira 1 1 2 2 3

Tempo mínimo de operação 10 min 20 min 20 min 30 min 30 min

394


4. Proteção do dique com linhas de mangueira ligadas a hidrantes, com vazão de 200 Umin de solução água-extrato. Exemplo: Vejamos como aplicar os elementos que acabamos de indicar, seguindo a orientação do Manual KOMET - Equipamentos para espuma mecânica, da Bucka. Spiero. - Numa base de transferência de combustíveis, um tanque para annazenamento de gasolina, que deve ser protegido contra incêndio, tem 24 m de diâmetro. Vejamos como calcular o sistema firo de espuma e o suprimento de extrato c água necessária. considerando a> aiternat i ~ dei usari2mara ripu I (irtoe. acâmara STcomdeslizador DW)e cimara tipo 11 (câmara ST L.om defletor SKSl. supondo a pressão disponível de 5 k g f m x 2 no formador de espuma. A marcha a seguir pode ser a seguinte d = 24,O m a) Diâmetro do tanque b) Área da superfície do tanque

C) Quantidade de solução de água-extrato para proteção do tanque contendo gasolina 452 m% 4,07 Umin/m2

= 1.840 Umin

d) Quantidade de solução de água-extrato para proteção do dique com duas mangueiras de espuma, pois o diâmetro está compreendido entre 20 e 28 m (Tab. 4.26) 200 Vmin X 2 linhas

= 400 Umin

e) Quantidade de solução água-extrato para enchimento da tubulação até o tanque. A tubulação por hipótese tem o diâmetro d , de 6" (152 mm) e um comprimento I = 60 m

f) Quantidade de solução água-extrato para operação de câmaras ST tipo I (ver Tab. 4.27). O conjunto vem equipado com defletor SKf e deslizador DW.

1.840 Umin X 30 min

= 55.200 1

g) Quantidade de solução água-extrato para operação de câmaras tipo I1 (ver Tab. 4.27) 1.840 Umin X 55 min

101.200 1

h) Quantidade de solução água-extrato para operação de linhas de mangueiras (2 linhas de 200 Ilmin), conforme Tab. 4.29 2X200X30

= 12.000 1

i) Quantidade total de solução água-extrato para operação do sistema com câmaras tipo I

j) Quantidade total de solução água-extrato para operação do sistema com câmaras tipo 11

101.200+ 11.100+ 12.000 = 124.3001 k) Quantidade de extrato Komet (concentração de 3,5%) para suprimento do sistema com câmaras tipo I

Observação:A concentração de extrato varia de 3.5 a 6%. I) Quantidade de extrato Komet (concentração de 6%) para suprimento do sistema com cãmaras tipo I

Instalações de Proteção e Combate a IncPndio

395

m) Quantidade de extrato Komet (concentração de 3.5%) para suprimento do sistema com câmaras tipo I

n) Quantidade de extrato Komet (concentração de 6%)para suprimento do sistema com câmaras do tipo I1

o) Número de câmaras recomendadas até 24 m de diâmetro (Tab. 4.26) - 1 câmara p) Equipamento recomendado para trabalho com pressão de 5 kgWcm2 - Dois conjuntos BSC-KometllO com vazão de 1.000 Vmin com defletores SK (câmaras tipo 11) totalizando 2.000 U min de v&ão ou - Dois conjuntos BSC-KometllO w m vazão de 1.000 Vmin com deslizadores tipo DW (câmaras tipo I) totalizando 2.000 Vmin de vazão. Esta escolha se realiza da seguinte maneira: a) Entrando-se na Tab. 4.28 com os valores 5 kgf/cm2 e 1.000 Vmin, acha-se, à esquerda, Conjunto BSC Komet/lO. b) Na Fig. 4.64, entrando-se na tabela de dados técnicos com o valor 1.000 Umin de água para a vazio, vê-se que é indicado o formador de espuma Tipo KRTLe nacoluna à direita consta a letra e. Nos dois gráficos na parte superior da figura, considerando-se o valor da pressão igual a 5 kgflcm2 e utilizanmdo-se as curvas e, obtêm-se 6 m3/min como vazão de espuma, valor quc aliás aparece também na tabela de dados tkcnicos da referida figura.

Perdas de carga na instalação de espuma Podemos calcular as perdas de carga a fim de determinamos a altura manométrica e escolhermos a bomba, adotando o seguinte critério: a) No proporcionador do extrato, os valores da Fig. 4.75. Por exemplo, para o proporcionador Bucka, Spiero, G-NW-150, com Q = 3.000 Vmin, a pressão diferencial p é de 2,5 k g f a - ' e a perda de cargap é aproximadamente

b) A pressão à entrada do formador de espuma da Bucka, Spiero é dada pelos gráficos da Fig. 4.64. Assim, vemos, por exemplo. que a pressão para que a espuma se eleve 10 m acima do formador deve ser de 5 kgfxm l . c) As perdas ao longo do encanamento, conexões, registros etc. são calculadas tal como visto no Cap. 1. d) A pressão na boca de saídada bomba será a soma do desnível estático até o formador de espuma, acrescida da perda no proporcionador, da pressão necessária no formador e das perdas mencionadas no item c. Observação: Num cálculo preliminar às vezes se admitem as perdas de carga no encanamento e p e p s como iguais a 20% da pressão na saída da bomba, de modo que, sendo de 5 kgf.cm-' a pressão no formador de espuma, e havendo uma perda de 0.6 kgflcm' no proporcionador de extrato, a pressão na bomba deverá ser no mínimo de 6.7 kgfxrn-?.

Lançamento de espuma com canhões monitores e linhas de mangueira Em instalações industriais usam-se, como prokção auxiliar no sistema de lançamento de espuma, linhas de mangueira e canhões monitores que podem lançar a espuma sob a forma de jato ou neblina. O canhão pode ser ligado a uma coluna de alimentação, sendo dotado de articulações que permitem a orienta~ãoda incidência do jato, ou pode ser móvel. Na Fig. 4.76, vemos um canhão monitor (Bucka, Spiero), cujas características são: a) Ajuste vertical por volante. b) Setor vertical controlado por engrenagem, variável de 80" acima e 15" abaixo da horizontal. C) Deslocamento horizontal a 360°. d) Parada de segurança em múltiplos de 25' com chave de segurança. e) Tubo de esguicho. 2 'h",composto de três requintes para jato reto com pinos com as seguintes passagens: I %" - I '/z" - 1 %", totalmente cromado. f) Conjunto de guias do jato no corpo do esguicho (laminadores). g) 1 ." Entrada com flange 3" ou 4" conforme especificação solicitada. 2." Uma entrada 4" rosca ou engate rápido tipo Storz tripé. 3." Duas entradas 2 'h" rosca ou engate rápido tipo Storz com tripé. 4." Três entradas 2 'h" rosca ou engate rápido tipo Storz com tripé.

396


Fig. 4.75 Perda de carga localizada e pressão diferencial em diversas vazáes para o pmporcionador G-NW (Bucka. Spiero).

Q.4.76 Canhão monitor flangcado ou portátil (Bucka, Spiem).

397

InstalaçPeç de Proteçdo e Combate a Incêndio

h) Vazão total do monitor 750 GPM sem utilização de requintes supra. Passagem livre de 2 %". i) Para obter jato denso (reto) e neblina, deverá ser utilizado esguicho tipo Akron Hog-Fog. As linhas de mangueira com esguichos Bucka, Spiero KR sHo adequadas para um primeiro combate em incêndios de tanques de teto fixo de no máximo 9 m de diâmetro e 6 m de altura. Segundo as nonnas da NFPA, os esguichos manuais e os canhões monitores devem lançar 6.5 I/minímz para a &a da superfície horizontal líquida a ser protegida, descontadas as perdas pela a ç b do vento e queima da espuma. no caso de intenso calor reinante. O fornecimento de hgua e extrato formador de espuma deve ser suficiente para abastecer continuamente o canhão monitor ou o esguicho, durante os intervalos de tempo, segundo recomenda o Manual Komet -Equipamentos para espuma mecânica, da Bucka. Spiero, indicados na Tab. 4.30.

Tabela 4.30 Tempo mínimo d e operação do sistema manual Tanques com hidmarbonetos líquidos 61eos lubrificantes -resíduos viscosos secos com mais de 50 segundos. Saybolt-fural a50°C

/

Tempo

1

35 min

Querosene, 61eo diesel, óleos leves para fomos com ponto de fulgor de 38'C a 9 3 C

50 min

Gasolina, nafta, benwl e líquidos similares com ponto de fulgor abaixo de 3S°C

65 rnin

Pea6leo CN

li< ",i.,

Tanques com solventes polares que exigem espuma especial antiilcml

1

65 min

I

Fig. 4.77 Instalaçáo típica de combate a incêndio em tanques de armazenamento do combustivel, por meio de espuma, proposta pela Wormald Resmat Lida.

398

Instulaç&s Hidráulicas Prediais e Industriais

-

E NEBLINA 30' C NEBLINA 60'

a

10

20 30 ALCANCE DO JATO EM METROS

40

50

Fig. 4.78 Curvas de vazão e alcance em função de pressão de trabalho para canhão portátil, montagem fixa para igua e espuma

4.16 NEBULIZADORES PARA RESFRIAMENTO DE TANQUES Com a finalidade de conseguir um resfriamento preventivo de tanques de armazenamentopara evitar os efeitos do calor solar (aquecimentoe evaporação dos produtos armazenados), podem-se usar os nebulizadores de tanques, que não devem ser confundidos com os formadores de neblina. Os dispositivos, conforme o tipo. espargem a Agua sobre o teto ou sobre as paredes do tanque, o que assegura uma proteção contra a irradiação de calor de algum tanque que se tenha incendiado nas vizinhanças. A Bucka, Spiero pro* dois tipos de nebulizadores: a) Nebulizador de parede -n." 1501-00 (Fig. 4.79) São adaptados a uma tubulação que forma um anel em volta do tanque. Produzem uma cortina de água perpendicular ao e possuem um raio de açâo de aproximadamente 160'. Cada nebulizador possui apenas um orifício centraeixo de fma~ão lizado, o que toma rara à possibilidade de entupimento. A pressão de funcionamento deve ser inferior a 6 kgf.cm-= para evitar dispersão da água por respingos devido ao impacto contra as paredes do tanque. b) Nebulizafão de teto de tanque - n." 1502-00 Como se pode observar na Fig. 4.79, a água ao sair do nebulizador forma um véu c8nico com um ângulo interno de aproximadamente 150'. Na mesma Fig. 4.79, a Bucka, Spiero apresenta os dados com os quais se podem determinar as grandezas para o projeto de nebulizador de parede de tanques n.O 1501-00.

4.17 SISTEMA DE ALARME CONTRA INCÊNDIO Em indústrias de porte com riscos elevados e em grandes edifícios, hotéis e hospitais. além da instalação propriamente dita para o combate dueto ao fogo, para maior garantia de confiabilidade da instalação, instala-se também um sistema de alarme e localização do ponto de impção do incêndio. O sistema a empregar deve obedecer a algumas exigências básicas. que são: Ser dotado de circuitos permanentemente alimentados, de modo que possa ser automaticamente indicada a ocorrência de falha na fiqão dos aparelhos detectores. Isto pode ser conseguido com baterias recarregáveis pela rede de energia elétrica. - Determinar o setor onde ocorreu uma falha ou foi acionado o alarme. - Permitir o acionamento de um tipo de alarme que pode ser campainha, sirene. tímpano etc. - Poder aceitar acionamento proveniente da vlvula ou sensor de fluxo da rede de sprinklers; da rede de hidrantes; dos detectores termovelocimétricos ou de fumaça. Possibilitar o desligamento dos alarmes acústicos (campainha, sirene) ap6s haver sido debelado o incêndio.

-

-

Detedores de início de indndio Sua instalação obedece à Norma nQ72 E da NFPA. Os detectores têm por finalidade permitir que em um posto de controle (poriaria, p. ex.) seja imediatamente denunciado o local onde se iniciou o incêndio, e que automática e manualmente o sistema de combate seja acionado. Vejamos os tipos principais. São colocados ao nível do tem ou forro falso, quando existir.

+,

Instalafdes de Proteçao e Combate a Indndio

399

NEBULIZADOR

SA~DAPARA TANQUE DE TETO FLUTUANTE

FLANGE

LUVA DE l/2" S

lh"

NEBULIZADOR DE TETO L A T ~ O E AÇO PESO 1 3.2 k a í RAIO DE . A Ç : ~ "150D

,

O

L

D

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A

N 9 1502-00

.

CENTRO DO TANQUE

NEBULIZAO~R~ ~ 1 5 0 1 - 0 0

DIMENS~ES APROXIMADAS -D=200mm (8") - E = 1 0 0 m m ( 4 " ) minimo F = O,Bms/h/m M CIRCUNFER~NCIA DE PAREDE DO TANQUE(=-lm o 3 kgf/cmz) -PARA O TETO V A Z ~ ODE SOl/h/m 2

-

FLANGE- PADRÃO AN91 B 16.5-1501bi

Fig. 4.79 Nebulizadores para tanques (Bucka. Spiero).

400


I * ,

Fig. 4.80 Detector defumaca com c h a r a ionizada ~erberusfireProtection.

Fig. 4.81 Detector de fumaça ótico ou fotossensível da Cerberus.

Detectores de fumaça Quando um meio é alterado pela presença da fumaça, a câmara de ionizaçáo, isto é, o detector, pelas suas características construtivas, aciona um sistema elétrico de alarme (Fig. 480). Necessitam de dois condutores elétricos de alimentação e outros dois fios que operam os circuitos de detecção. S6 deve ser usado em locais onde os materiais, ao iniciarem a combustão, desprendem muita fumaça, como os que contenham papel. Um detector de fumaça protege uma área de cerca de 60 m2. Existem detectores de fumaça com célula fotoelétrica (4.8 1). Detectores de chama ou d e radiação infravermelha As chamas irradiam raios infravermelhos que são captados instantaneamente pelo detector, antes mesmo de aparecer ou haver calor suficiente para acionar os sprinklers. Pela rapidez com que detectam, são indicados para depósitos de inflamhveis. Detectores de calor Quando a temperatura atinge determinado nível, é acionado um contato elétrico, que opera o sistema de alarme. O detector pode agir das seguintes maneiras: - Pela variação do gradiente de temperatura, cuja elevação rhpida aciona o contato. - Pela ação de um elemento termostático, quando o detector recebe a açáo do calor. - Pelo efeito combinado das ações mencionadas. 6 o que ocorre no detector velocim~trico,que atua quando a temperatura se eleva de 5OC por minuto, 10" ou de 15°C por minuto, conforme o tipo. Em geral, por economia se faz operar um grupo de detectores abrangendo uma área, por um circuito com dois ou tr&s fios condutores. Cada detector protege em média uma área de 36 m2. Os detectores térmicos são fabricados para vários níveis de temperatura que v&ode 50 a 230°C. Fabricam sistemas de detecção no Brasil. entre outras, as firmas Resmat Ltda.: Encson do Brasil S.A.; Neo-Rex do Brasil; Walter Kidde S.A. Indústria e Comércio; Siemens S.A.; Telma S.A.; Bucka, Spiero Com. e Ind. e Importação S.A.

Instalações de Proteção e Combate a Irlcêndio

401

Indicadores de stahrs da rede hidráulica das instalações de combate a incêndio Costumam ser previstas unidades sinalizadoras do status de rede hidráulica de abastecimento e de combate a incêndio, com os seguintes tipos de sensores: Válvula de fluxo Deve ser usada em todas as prumadas de sprinklers; na saída das bombas de alimentação da rede de hidrantes de incêndio; no sistema de espuma e no sistema de nebulização das subestações de alta tensão. As válvulas sinalizarão num posto ou central de controle quando nos sistemas referidos se iniciar circulação de água. Além disso, a válvula de fluxo da rede externa ligará automaticamente a bomba de pressurização de incêndio de alimentação da rede de hidrantes sempre que por ela circular a água proveniente do reservatório superior. Sensores de presença de energia Nos três condutores de energia de alimentação dos conjuntos motoíbomba de incêndio, são previstos dispositivos destinados a sinalizar no posto ou central de controle a ocorrência de falta de tensão da alimentação do motor.

NB-24/57 - Instdlaçries hidráulicas prediais contra incêndio, ~ o comando b NB- I94n I - Siitcmas de chuveirosautomáticos para ocupayóes denominadas '.riscos leves" tB-152160 - Chuveiro\ automáticos para exiinçio de incêndio (Sprinkler.;). EB-308169 - Carros de conibatr :i irictndio. MB-267160 -Chuveiro\ para extinção de incêndio (S/?ri>iklrrs). COdigo de Scguranya contra Incêndio e Pânico (Regulanienlai;ão dc Decreto-lei n." 247 de 21.7.75) -Estado do Rio de Janeiro ÇHAVEAU. H. Srguridud r.r>ri/rarriceridio rn /ri empresa. Edit. Blume. Proteqão automdtica contra incêndio por meio de equipamentos automáticos de >prinklergrinnell- Reimat Ltda. Walther aiitoiiiatic firr protectiun - Delta Incèndio Cng. Ltda. F ~ r Prutection r thermal dctcctors -- LM Ericson Fire protection smokc detectori - 1.M Ericsnli Firc protection systems control board\ - LM Ericson. O "caça-fumaça" Sieiriens. Prnteja-\e do fogo na faqc da construfáo. O dirigente construtur -junho 1972. Sulrer fire - protcction technology Sprinkler systenia - Sulzer. BELK. Samuel. Lr#i.\lu~ür>ririrniris de .rRuran(.u conrru inclndio e pá,iiro. Editora Ivan Rossi. 1976. Handhnok of fire protection - NtPA National Fire Protection Associatiun. National Fiie Cedes - NFPA. Ir.\tallatiun of \prinklcr systems - NPPA n.' 13. HAKKIS. Rowland A. Fire pumpc. Pump H[indbook. Mctiraw-Hili Book Co. HICKS and EDWARDS P U I ~ Joppírcorion J engineeriiig. McGraw-Hill Book Co. BARE. William K /nirodircrlon rojjre scienre and firepmrrzrrion.John Wilcy and Sons. 1978. Fr~n<í~imenrril.r offireprei~eiitiori.John Wiley and Sons. 1977. MEIDL. James H. Flantrnahle hurardou~mrrteriais. Glencoe Publishing Cn., California. I'LIRIKGTON. Rnhert G. Firty'i~hrinfhydrauiics. McGraw-Hill Book Co.. 1974. Bucka. Spiero, Coni Iiid. r Imp. S.A. -Manual Koniet - Equipaiiientos para Espuma Mecânica.

Catálogos: Cerbems - Proteção contra Incendio, Sistemas de Segurança. Sulzer Weise S.A. Bucka. Spieru. Com. Ind. e Imponação S.A. Resmai Ltda. Engenharia de Incêndio (fabricante sob licença de Mather & Platt Ltda., Manchester - Inglaterra) Walter Kidde S.A. Ind. e Comércio Neo-Rex do Brasil Ltda. Siemens S.A. Elkhart do Brasil lnd. e Com. Ltda. Encson do Brasil S.A. Telma S.A. Delta - Incêndio Eng. Ltda. (fabricante sob licença de Buckau-Walter, de Koln) Spig S.A. Engenharia e Com6rcio (fabricante sob licença da Angus Fire Armow Limited -Inglaterra). Womald Resmat Parsh Ltda. NLF Hidro-válvula Ltda. Nonnas da ABNT de Proteção contra Incêndio A Comissão Brasileira de Rotecão contra Incêndio - CBPI organizou 16 Grupos de Trabalho que. em 1985. achavam-se trabalhando nos seguintes programas: GT-I -Portas cona-fogo. Revisão EB-132 e EB-920. GT-3- -Viaturas de Combate a Incêndio. Revisão EB-308 e EB-252 -~ GT-4 -Simbologia de Roteçào contra Incêndio. GT-5 - hxtintores de Incêndio com Carga de P6 Químico. Revisão EB-148. GT-7- Instalação de Hidrantes. ~~

402

Iristnla~õesHidrdulicas Prediais e li~dustriais

GT-8 -Extintores de Incêndio de Espuma Química, Soda Ácido e Carga Líquida. GT-9 -Vistona Periódica de Extintores de Incêndio. Revisão NB-142. G T 12 - S,>rirtklprilnnmalird$ãn. GT-15 - Avaliaçáo da C~pacidadeExtintora dos Extintores de Incêndin. GT- 16 -Centrais de Alarme. GT-17 -Sistemas de Iluminaçào de Emergência. GT-18 E x t i n t o r e s à Raie de Hidrocarbonetos Halogenados. Revisão EB-1232. GT-22 -Extintores Tipo Espuma Mecânica. Revisão da EB-1002. GT-24 -Proteção de Estruturas Metálicas contra Incêndio. GT-25 -Proteção contra Incêndio de Transformadores. GT-26 - Proteção contra Incêndio em Aeroportos.

Instalações de Água Gelada

O campo de emprego da água gelada é muito extenso. Necessita-se de água gelada: - para uso como bebida. - em muitas operaçóes e processos industriais. notadamente na indústria química e em laboratórios, para obter a re-

moção de calor em reações químicas exotérmicas de modo a assegurar a temperatura requerida durante o processo. - em instalações de ar condicionado com central de água gelada e sistema Fan & Coils.

A água gelada pode ser produzida no próprio local onde será consumida, como sucede nos bebedouros com refrigeração própria e em instalações compactas de refrigeração localizadas em um setor da fábrica que necessita usar água gelada para determinado processo. Diz-se, nesse caso, que a instalação é individual. Quando «a pontos a alimentas com água gelada são vários e afastados entre si, recomenda-se uma instalação central ou centralizada, a partir da qual os pontos de consumo são alimentados por uma ou mais linhas.

5.2 NOÇÕES SOBRE O PROCESSO DE REFRIGERAÇÃO Para que uma substância passe do estado Iíquido para o gasoso, isto é, vaporize. é necessário fornecer-lhe uma certa quantidade de calor. A substância absorve essa quantidade de calor e, como durante o fenômeno a temperatura e a pressáo se mantêm constantes, esse calor se denomina calor latente de vaporização, ou calor de mudcznça de estado sem variação de temperatura e depressdo. Inversamente, para passar do estado gasoso para o Iíquido, isto é. na fase de condensação, a temperatura e a pressão permanecem constantes e é necessário retirar uma certa quantidade de calor do gás, o qual é chamado calor larenre de condensação. Esse calor é igual ao calor latente de vaporização. Para uma dada pressão, as temperaturas de vaporização e de condensação s i o as mesmas. Mas essas temperaturas variam na razão direta da pressão, isto é, quanto maior for a pressáo exercida sobre o gás ou Iíquido, tanto maiores serão as temperaturas de vaporização ou condensação nos respectivos processos de fornecimento ou retirada de calor. Para retirar calor de um ambiente, isto é, para refrigerá-lo, emprega-se na instalação o compressor, que gradualmente reduz a pressão sobre o líquido refrigerante contido em uma serpentina localizada no meio que se pretende resfriar. Assim, baixando a pressão, a temperatura de vaporização do líquido se toma menor que a temperatura do meio a refrigerar. Ao baixar a temperatura do líquido devido à vaporização, verifica-se a transmissão de calor do meio circundante para esse líquido que se encontra em fase de vaporização. Quando o compressor comprimir o gás refrigerante em que o Iíquido se transformara na fase anterior, o gás volta ao estiido líquido sua temperatura de condensaçáo sob essa pressão elevada se eleva també.m, até um valor superior ao da temperatura do meio de resfriamento disponível: dá-se, entáo, a transmissão de calor do gás para o exterior e o gás se condensa. Esse calor deve ser dissipado, podendo-se para esse fim usar um ventilador ou realizar0 resfriamento com água. Note-se que a transmissão de calor com conseqüente mudança de estado ocorre a partir do momento em que se alcança um determinado desnível de temperatura. Esse desnível se dá entre a temperatura do meio a refrigerar e a temperatura de vapori~açãodo Iíquido refrigerante, a qual tem que ser inferior a do meio a refrigerar, ou entáo, na fase de condensação, entre a temperatura do meio de resfriamento ou condensação (ar ou água) e a do gás refrigerante. A temperatura de condensação do gás refrigerante sempre deverá ser superior à obtida pelo meio de resfriamento usado, para que seja possível condensá-lo. A f u n ~ ã odo compressor frigorífico é, portanto, dupla:

404

Iiistalações Hidráulicas Prediais e lndustriaiç

- reduz a pressão sobre um líquido refrigerante de modo a fazer baixar sua temperatura de vaporização, tomando-a assim inferior à temperatura do meio a refrigerar. Com isso, retira do meiciuma quantidade de calor equivalente ao calor latente de vap&rizaçãodo Iíquido; - aumenta em seguida a pressão sobre o gás, o que acamta a elevação da temperatura de condensação do mesmo. Como essa temperatura se toma maior do que a do meio de resfriamento, dá-se a condensação do gás, uma vez que o calor latente de vaporização se liberta e se transfere para o meio de resfriamento. Uma instalaçãocapaz de realizar a retirada de calor de um meio pelo processo a que aludimos funciona com a utilização do gás refrigerante em circuito fechado. Para isso são necess&ios, além do compressor, os seguintes órgãos: Evaporador -6 a parte do sistema onde ocorre a vaporização do Iíquido refrigerante e o conseqüente resfriamento da água. A água nele se resfria ao ceder calor latente para que o líquido refrigerante se vaporize. Condensador - recebe o gás vindo do compressor e em temperatura elevada. Resfriado por um ventilador ou pela água de um circuito independente daquele que ir6 fornecer água gelada, o gás se condensa, cedendo seu calor latente de condensação ao ar ou à água. O condensador possui uma serpentina destinada a efetuar a transmissão de calor do gás refrigerante ao meio de condensação usado (ar ou dgua). A instalaçãopossui ainda um depósito para armazenar o gásjá condensado,portanto sob a forma de líquido refrigerante. Nos condensadores resfriados a ar o depósito fica separado do condensador, e nos resfriados a água (condensadores a água ou receivers) o depósito fiea no próprio corpo do condensador. Válvula de expansão - destina-se a realizar a expansão do líquido refrigerante no seu percurso do condensador ao evaporador, desde a pressão de condensação até a pressão de vaporização durante o ciclo térmico. Deve ser colocada o mais próximo possível do evaporador. Existem váivulas de expansão automáticas dos seguintes tipos: -de bóia, para alta e para baixa pressão; -pressostáticas; -temostáticas; -manuais (colocadas em by-pass, para uso quando as automsticas entram em repam). Nas instalaçóesde pequeno porte usam-se tubos capilares a fim de provocar a perda de carga necessária para a redução de pressão, que é basicamente o que realizam as válvulas de expansão, isto é, a obtenção do diferencial de pressão.

que se realiza adiabaticamente (sem troca de calor). Mencionaremos a seguir apenas a válvula de expansão temostática automática, a mais empregada, e que é controlada simultaneamente pela pressão de sucção e pela temperatura do fluido à saída do evaporador. A Fig. 5. la representa esquematicamenteuma dessas válvulas.

EVAPORADOR

AGULHA OBTURADOR MOLA A J U S T ~ V E L

1

PARAFUSO DE REGULAOEM

Fig. 5.ln Válvula de expansáo termostdtica. Representaçáo esquemdtica.

Inslalações de Agua Gelada

405

COMPRESSOR

n CONDENSIDOR

CICLO

DE

REFRIGERACLOENTAL PII

,eu+

U=

V=

PV ENERGIA INTERNA DO F L U I D O VOLUME

Fig. 5.lb Esquema de instalaçáo de produção de água gelada.

Como se véna figura, existe uma agulhaobturadora que é acionada por uma mola de tensão ajustável e pelo diafragma. sujeito de um lado à pressão p, do vapor saturado contido no bulbo e do outro à pressão p, de sucção à entrada (ou à saída) do evaporador. A Fig. 5.2 mostra uma vistaexterna e um cone de uma válvula de expansão termostática, obedecendo à descrição feita anteriormente.

VISTA EXTERNA

CORTE

Fig. 5.2 Válvula de expansão termostática.

5.3 DIAGRAMA ENTR~PICO A Fig. 5.3 representa o ciclo de refrigeração no chamado Diagrama Entrópico, isto é, diagrama representativo da evolução da temperatura absoluta T de um corpo em função da Entropia S do mesmo. A Entropia é definida como sendo a variação da quantidade de calor realizada à temperatura constante, referida a essa mesma temperatura.

406


Esse acréscimo ou variação de calor supostos, processando-se a uma temperatura constante, só se verificam para frações extremamente pequenas de quantidade de calor total Q, fornecido ou eliminado, o que justifica o conceito matemático acima representado. A fórmula (5.1) representa a entropia parcial. Para uma troca total de calor Q, a entropia total é dada por

No diagrama entrópico f(T.S), correspondente à evoluçáo da temperatura T de um corpo em função do calor que lhe é fornecido, a área delimitada pelas curvas correspondentes as fases do processo representa a quantidade de calor Q trocada com o exterior. Na refrigeração, tal como a estamos considerando, o ciclo evolutivo do gás no diagrama entrópico é representado pelo contorno ABCDEA (Fig. 5.3). Consideremos as diversas fases do ciclo & evolução do gás refrigerante num compressor alternativo. Fase A-B: Vaporização com expansão, isoférmica. O Iíquido refrigerante submetido a baixa pressão entra em ebulição e vaporiza. Realiza-se entáo o Trabalho Util. T., do compressor, representado pela área ABGFA. A fase A-B de vaporizaçáo realiza-se no evaporador. Fase B-C: Compressão adiabática. Em B o Iíquido refrigerante jh está totalmente vaporizado e o calor absorvido pelo mesmo na fase AB foi o calor latente de vaporização (calor para mudar de estado sem variação de temperatura). Durante a vaporizaçáo o vapor se encontra saturado úmido, mas ao atingir o estado B acha-se saturado seco. Entre B e C realiza-se a compressão adiabática. Fase C-D-E: Comiensação. Ao passar pelo condensador, em contato com o ar ou a Agua, o vapor comprimido se resfria, condensando-se, e no estágio D-E se liquefaz. Fase E-A: Laminagem. Em E termina a condensaçáo e a pressáo começa a baixar; o vapor condensado se expande "isentalpicamente", isto 6, sem troca de calor com o exterior, mas apenas com transformação integral do trabalho de expansão, em calor por atrito. O potencial térmico fica constante (a"entalpia" é constante). Essa fase 6 chamada laminagem e se passa na válvula de expansáo.

Fig. 5.3 Diagrama entrúpico do ciclo de refrigeração.

Instala<ões de Água Gelada

407

O trabalho realizado pelo compressor é representado termicamente pela área T, limitada pelo contorno IABCDEI O rendimento do ciclo de refrigeração é expresso pela relação entre Tue T,. O trabalho do condensador é representado pela área delimitada pela poligonal AFGCDEA. A área EAFHE representa a energia térmica não transformada em efeito útil no evaporador e é igual à área EIAE.

5.4 EQUIPAMENTO PARA PRODUÇÃO DE ÁGUA GELADA Vimos que uma instalação para produção de água gelada requer essencialmente: um compressor - um condensador - um evaporador - válvula de expansão - acessórios Façamos algumas observações sobre os três primeiros, uma vez que já demos uma indicação sobre a válvula de expansão. -

5.4.1 Compressor O tipo de compressor empregado em instalações de pequena e média produção de água gelada é o alternativo, de êmholo, de um ou mais cilindros. Em certos casos emprega-se o compressor rotativo volumétnco d e palhetas. Em centrais de água gelada de grande capacidade para ar condicionado usam-se os compressores centrífugos e axiais chamados turbocompressores. Com a mesma finalidade empregam-se os compressores deparafuso, descritos no Cap. 10.

5.4.2 Condensador Usam-se dois tipos de condensador: a água e a ar

5.4.2.1 Condensador a água O tipo carcaça cilíndrica e tubos, ou condensador multitubularfechado é muito usado em instalaçks de grande capacidade. Consta de um tubo cilíndrico fechado nas extremidades, no interior do qual existe uma bateria de tubos de aço por onde passa a água de resfriamento, e que vai de uma extremidade da carcaça cilíndrica a outra. O gás refrigerante penetra na parte superior do cilindro, entra em contato com a superfície externa dos tubos de resfriamento e, condensando-se, acumula-se na parte inferior do condensador, saindo como líquido refrigerante até a válvula de expansão. A água de arrefecimento do condensador em geral escoa em circuito fechado para evitar desperdício. Como sua temperatura se eleva ao retirar o calor do gás refrigerante ao condensá-10, é necessário que seja resfriada. Esse resfriamento se realiza usualmente numa torre de resfriamento de que trataremos no Cap. 6. O condensador resfriado a água é usado em grandes instalações, como no caso das instalações de ar condicionado central, funcionando com água gelada e utilizando fan & coils, isto 6 , unidades localizadas que recebem água gelada no interior da serpentina em volta da qual passa o ar insuflado ou aspirado por ventiladores e que é enviado a uma rede de dutos de distribuição.

NTRADA DE

Fig. 5.4 Condensador de carcaça multitubular (Shell and Tubes),

408

lnstalaç&s Hidráulicas Prediais e lnduçlriais

Fig. 5.5 Esquema de instalação do equipamento para refrigeração da igua.

5.4.2.2 Condensadores a ar Constam de tubos por onde circula o gás na fase de condensação. Os tubos ficam em contato com o ar, ao qual transferem o calor latente de condensação do gás refrigerante. Para aumentar a superfície de contato entre os tubos e o ar, possibilitando a constmção de equipamentos menores, os tubos podem ser dotados de aletas. Normalmente se adapta um ventilador ao equipamento, de modo a melhorar a transmissão de calor. forçando o ar a passas nos espaços entre os tubos do condensador. Nas instalações de produção de água gelada de pequeno e m6dio portes emprega-se o condensador resfriado a ar com ventilador, tal como acabamos de mencionar.

5.4.3 Evaporador É a parte do equipamento onde se processa a produçáo do frio e, no caso que nos interessa, de água gelada. Como vimos, o fluido refrigerante passa para o estado Iíquido no condensador e segue para a serpentina do evaporador. Mas, ao atingir a válvula de expansão, a pressão sobre o Iíquido se reduz até que sua temperanira de vaporização se tome inferior à temperatura do meio a refrigerar. Existem evaporadores destinados arefngerar o ar dotados de tubos com aletas e ventilador, como é o caso dos condicionadores de ar e das unidades self-contained. Os destinados a refrigerar a água ou uma salmoura constam de uma serpentina que fica imersa no tanque de água ou da salmoura a refrigerar.

5.5 DADOS PARA ELABORAÇÃODO PROJETO DE INSTALAÇÁO PARA ÁGUA GELADA POTAVEL Quer se trate de uma instalação com unidades individuais completas para cada bebedouro, quer se trate de uma instalação central alimentando diversos bebedouros, há certos dados que interessam a ambos os casos. Naturalmente, alguns dados que irão ser apresentados a seguir só interessam à instalação central. O leitor saberá perfeitamente discemir.

lrisfaln$õrs dr Água Guinda

409

5.5.1 Número de bebedouros A Tab. 5.1 dá a indicação quanto ao número mínimo de bebedouros a instalar, conforme a sewentia dos prédios. Os bebedouros devem ser instalados fora dos compartimentos sanitários. Tabela 5.1 N ú m e r o d e b e b e d o u r o s Número de bebedouros

Tipo de edifício Escritórios ou edifícios públicos Estabelecimentos industriais Escolas Cinemas e teatros

Um para cada 75 pessoas No mínimo um por pavimento Um para cada 75 pessoas Nu minimii um por pavimento Um para cada 75 pessoas Um para cada 100 pessoas

5.5.2 Consumo de água gelada Para previsão da produção de água gelada são geralmente adotados os valores constantes da Tab. 5.2, extraídos do catálogo da Temprite Products Corporation. Tabela 5.2 C o n s u m o d e á g u a gelada Tipo de estabelecimento

Consumo

Escritórios Escritórios Escolas (internato) Escolas (externato) Hospitais Hotkis Restaurantes Lojas Indústrias leves Indústrias pesadas Teatros 2 cinemas

0.3 l/h pessoa (empregados) 0.2 Uh pessoa(visitantes) 2 Uh alunoldia I Walunoldia 2 Iileitoldia 2 Uquanoldia (14 hldia) 0.4 Upessoddia 4 11100 vi~itantesniora 0.8 Ilpessualdia I llpessuddia 4 V100 luraresihora

5.5.3 Temperatura da água A temperatura da água nos bebedouros deve ser de aproximadamente 10°C. Nos reservatórios de acumulação de água gelada a temperaturaé de 8"a 6°C. Isto significaque, no percurso, a temperatura da água pode cair de 2 a 4°C. digamos, em média 3°C. Nos bebedouros das indústrias e das escolas é pritica fixar a temperatura em 13°C.

5.5.4 Descarga nos bebedouros

e

A descarga normal de um bebedouro de 3 litros por minuto. No caso de uma Instalação Central de Agua Gelada, considerando uma utilização media provável, adota-se para cálculo dos ramais opeso igual a O, I para um bebedouro, o que corresponde a uma vazão Q = 0,30 I . s '. Para 20 bebedouros, por exemplo, teríamos a vazão Q = 0,30 JZÕ X 0,l = 0,42 1 . s I.

5.5.5 Velocidade da água nos encanamentos alimentadores na instalação central A velocidade deve ter valor pequeno; a prática aconselha que esteja compreendida entre 0.3 e 1 metro por segundo.

5.6 REFRIGERAÇÃOINDIVIDUAL DA ÁGUA Neste sistema os bebedouros constituem o próprio equipamento frigorífico, contidos em móveis compactos (cabinets) constmídos em chapa de aço inoxidável ou esmaltado, de esmerado acabamento.

410

Iristalaçòes Hidrdolicns Prediais e Iridirstriais

É indicado para os prédios em que há necessidade de pequeno número de bebedouros ou, ainda, em predios para os quais não tenha sido feita previsão de sistema central. A unidade reúne de forma compacta os elementos fundamentais para a realizaçáo do ciclo de refrigeração: compressor, condensador resfriado a ar pela ação de um ventilador. evaporador de serpentina no interior de uma pequena caixa onde a água irá resfriar. Contém ainda: - termostato regulável, cuja função 6 atuar sobre o relé que aciona o motor do compressor. - secador e filtro, destinados a remover qualquer umidade no tubo entre o condensador e o evaporador, que, caso viesse a congelar obstruiria o tubo capiiar que desempenha a função de válvula de expansão. São muito usados os bebedouros Elegê, da Geltec Com. e Ind. S/A, e os bebedouros Everest.

5.6.1 Instalação de bebedouro individual tipo cabinet Os bebedouros são alimentados por uma coluna de tubo de ferro galvanizado ou cobre, vinda do banilete, cujo dimensionamento é feito como no caso de bebedouros de uma instalação central de água gelada, isto é, aplicando o que a norma NBR-5626 estabelece. O ramal do bebedouro é de 112 em cobre ou PVC ou 314 quando de ferro galvanizado. A pressão com a qual sair4 o jato de água gelada depende d o desnível entre o reservatório superior e o bebedouro, pois a água contida na caixa do bebedouro trabalha por pressão hidrostática e não por bombeamento. Alguns tipos de bebedouro possuem filtro. Em caso contrário, adapta-se um filtro de vela porosa no ramal do bebedonro. Os bebedouros podem funcionar com energia elétrica rnonofásica, em 110 volts, sendo a potência de 600 watts. Deve-se fazer uma ligação da carcaça do bebedouro a terra (encanamento de uma coluna de água), notadamente se o ramal do bebedouro for em PVC.

5.7 INSTALAÇÃOCENTRAL DE ÁGUA GELADA POTÁVEL Consideremos as panes fundamentais e vejamos como se procede no seu dimensionamento

5.7.1 Capacidade do reservatório de água gelada potável Sabemos que o consumo de água gelada nos bebedouros não é uniforme. Há ocasiòes de grande solicitação, como, por exemplo, na hora do recreio de um colégio ou de refeições em um restaurante, de modo que o reservatório deve possuir água acumulada para atender a esse pique nu fornecimento. Se o reseniatório for dimensionado com ampla capacidade e bem isolado termicamente, o compressor, que pode ser posto em funcionamento umas duas horas antes do horário de consumo de água, não terá problemas para atendimento nas horas de pique. A capacidade do reservatório dependerá, naturalmente, da hipótese que se fizer para o consumo. Consideremos, por exemplo, o caso de um prédio de escritórios com 20 pavimentos e 450 m' de área útil por pavimento. Suponhamos uma taxa de ocupação de uma pessoa para cada 5 m2. consumindo no verão 0,3 litro de água gelada por hora, ou seja, 2,4 litros numa jornada diária.

Para os visitantes do prédio podemos adotar 0,2 Uvisitante/Sm2:

O consumo horário total médio será de 900 litros. Admite-se que para prédios de escritórios e análogos o consumo máximo provável seja o dobro do consumo médio. Entáo, teremos para o consumo máximo provável:

O compressor terá sua potência dimensionada em função do consumo horário médio provável, desde que realizemos uma acumula$ão para atender a diferença e n m os consumos máximo provável e médio. No caso que estamos considerando deveremos acumular no tanque de água gelada: 1.800 - 900 = 900 litros

Instalaçies dr A.rrra Gelada

411

Mas o tanque não é totalmente aproveitado como armazenador de água gelada, pois na sua parte superior a temperatura pode estar acima da requerida para a distribuição, de modo que se admite um coeficiente de 80% para o rendimento do depósito de água gelada. O volume nominal do ranqud será:

900 - 1.125 litros 0, 8

Além disso, deve-se levar em conta o espaço ocupado pela serpentina. que numa primeira aproximação se pode considerar igual a 10% do volume nominal. O tanque terá capacidade total de 1.125 + (0.10 X 1.125) = 1.250 litros, que podemos arredondar para 1.2W litros. Notemos que o tanqur, além de acumular a água gelada para atender a um consumo irregular e permitir que o compressor possa ter períodos de parada maiores, e ser dimensionado para a demanda média, funciona como um resfriador, pois recebe a serpentinae nele se dá a transferência de calor da água aser gelada paraa superfície fria da serpentina do evaporador de expansão direta. Isolamento do tanque de água gelada O tanque pode ser de chapa de aço. de fibra de vidro com plástico ou de amianto-cimento,e deve ser isolado. Emprega-se como isolante, em geral, a corti~aprensada sem piche, cujo coeficiente da transmissão K é igual a 1,26 kcaVm21hl"Cil". Usam-se também placas de poliestireno expandido e isopor. Sendo a espessura da cortiça de 3". teremos:

Suponhamos o tanque com 1,2 m' de capacidade. A superficie total será:

Se a temperatura exterior t, for de 32°C e a da água no tanque de t, = 8°C o ganho de calor do tanque será dado pela equação Q = S.K. (t, - t,)

(5.2)

de modo que, no caso, o calor dissipado será:

O tanque pode também ser de alvenaria e revestido internamente.com cortiça prensada. pintada com epóxi (Fig. 5.6). Como algumas tabelas fornecem a condutibilidade térmica expressa em BTUlhlft~Flin,observemos que: 1 BTU (Brirish Thernral Unit) é a unidade de calor no sistema inglês de unidades e corresponde à quantidade de calor necessária para elevar em 1°F a temperatura de uma libra de água; 1 kcal (quilocalona) ou 1 Cal é a quantidade de calor necesshia para elevar em 1°C a temperatura de I quilograma de água. Notemos ainda que: 1 kcal = 3,9685 BTU I BTU = 0,252 kcal I BTU/ft2WF= 4,XX kcallmlhPC 1 BTUlft2ihl"Flin= 0,120 kcaVm21hi"Clm

Tabela 5.3 Valores d a condutibilidade térmica k d e alguns materiais isolantes, exvressos em kcaYm2ni/"C/m -

-

-

Madeira (valor médio) Tijolos (construção) Cortiça prensada Lã de vidro Lã de rocha

0,14 0,6 a O,Y 0,04 a 0,06 0,035 a 0.06 0,028 a 0.035

412


PLANTA

Fig. 5.6 Caixa de água gelada

5.7.2 Ganho de calor nas linhas de água gelada Nos encanamentos a água gelada se encontra a cerca de t, = 843, enquanto externamente a temperatura pode estar, por exemplo, a t, = 3243. Ocorre, portanto, um certo aquecimento da água no encanamento, o qual depende do diferencial de temperatura t, -t, e do coeficiente de transmissão e é função da natureza do material de isolamento, de sua espessura e do diãmeiro do encanamento. Emprega-se comumente como isolante térmico acortiça prensada com espessura de 1%'' com a forma de calha ou meiacana, de modo a alojar os encanamentos. Também se empregam calhas de lã de vidro, lã de rocha e de isopor. Em geral, na instalação central só se usa calha para as tubulações de alimentação e de retorno. E aconselhável, porém, isolar-se o encanamento de esgoto a fim de evitar a condeusação de umidade e a formação de mofo na superfície externa da parede, em cujo interior se acha embutida a tubulação. As calhas são amarradas ao longo da tubulação e devem receber uma proteção externa para impedir a penetração de ar em suas juntas (nos trechos em que a tubulação é aparente) ou de água da argamassa da alvenaria. A cortiça encharcada perde grande parte de sua eficiência como isolante térmico. Uma solução econômica consiste no recobrimento das calhas com pano ("algodãozinho") costurado a barbante, após o que se aplica uma pintura de tinta a 61eo. Em certos casos, em vez do pano, recobre-se a calha com uma tela de arame e se aplica um acabamento de cimento e areia alisado a colher. Para o cálculo do ganho de calor na rede de água gelada podem ser adotados os valores da Tab. 5.4. Suponhamos que as redes alimentadora e de retomo para o exemplo que estávamos considerando tenham ao todo 145 m e alimentam 20 bebedouros. A vazão para 20 bebedouros 6, como vimos, de 0,42 1 . s-', ou seja, 1.512yh. Considerando a velocidade da água igual a 0.60 m . s" e utilizando o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao apresentado no Cap. 1, obteremos um tubo de 1 % e uma perda de carga igual a 0.025 mlmetro de encanamento. ~

Tabela 5.4 Coeficientes d e transmissão d e calor para calha d e cortiga prensada sem piche com 1% d e espessura Coeficiente de transmissão Diâmetro nominal do tubo em polegadas em kcaUmlhl0C

O coeficiente de transmissão de uma calha para tubo de 1 '/éik = 0,232 kcaVm/h/"C. Para a extensáo de 145 m, o ganho de calor na linha para uma temperatura externa de 31°C e da água de 7°C será:

Verifica-se, portanto, que em cada hora são ganhos pela linha 807 kcal, o que significa que a água vai se aquecendo. Se não se realizasse a recirculação, após certo tempo haveria trechos com a água em temperatura acima do desejável. e então o usuário iria deixar sair a água até que esta atingisse a temperatura conveniente para beber. Isto representa desperdício. Com a água recirculando este inconveniente desaparece. A recirculação pode realizar-se: - Por convecçõo natural, em virtude do desnível t6rmico entre a água do tanque de água gelada e a da parte mais remota da linha. Geralmente se admite que esse desnível seja de 3"C,correspondente à chegada da água nos bebedouros a uma temperatura máxima de ?C + 3°C = 10°C. Se dividimos o ganho do calor na linha por essa temperatura, teremos a vazão que irá ocorrer em virtude do desnível térmico. No exemplo que estamos considerando, temos:

Q, = 807 kcallh t=YC A descarga para compensar o ganho de calor na linha será:

Assim, pelo efeito de convecção teríamos um escoamento de q, = 269 Ilh, mas para os 20 bebedouros a valso pelo consumo é de q, = 900 Vh, de modo que teremos de recorrer a um bombeamento auxiliar. - Por bombeamento. Durante a operação normal do sistema são consumidos 900 üb de água nos bebedouros, enquanto por convecção circulam mais 269 üh. As tubulaçks alimentadoras devem atender à soma das descargas q, e q,, ou seja, q = 269 + 900 = 1.169 Ub = 0,325 Us.

5.7.3 Bomba de circulagão A bomba de circulação deve ter capacidade para atender à descarga q e uma altura manomktnca H igual a soma do desnível de 2 metros, sob o qual deve funcionar o bebedouro na posição mais desfavorável (último pavimento) com as perdas de carga na linha alimentadora e de retomo. Quando a 4guaaindan80 estiver gelada, a bomba terá a seu cargo toda a descarga q, pois a água não estará sendo consumida e não haveri efeito de convecção. Por isso. a bomba deverá ser dimensionada para aquela vazão q. Com o sistema em regime a convecção atua no sentido de auxiliar o escoamento, o que é uma circunstância favorável ao bom funcionamento da instalação. Para o exemplo que estamos considerando, seja L, = 145 m o comprimento real da linha, compreendendo alimentação e retomo à caixa. L, = comprimento equivalente ou "vinual", correspondente a:

20 t&sde passagem direta de 1 %" ...................................................... 14,O m 5 curvas de raio médio de 1 'h" ......................................................... 4.5 2 registros de gaveta de 1 %" ................................................................ 0,4 L, = 14.9 m

-

Comprimento total = L = L, + L, = 159.9 = 160 m. A perda de carga para a descarga q = 0,325 1 .s ' e diâmetro de 1 '/1" em tubo de ferro galvanizado, pela f6rmula de FairWhipple-Hsiao, 6 de 0.013 d m , de modo que, para o comprimento L = 160 m. teremos:

J = 0,013 X 160 = 2,08 metros Como o tubo de retomo de água a caixa se acha a cerca de 1 m acima do nível inferior da água na caixa, a altura manométrica será

H = 1,00 + J = 3.08 metros A potência do motor da bomba de circulação será

414

Instalaçòes Hidráulicas Prediais e industriais

Considerando o rendimento total q igual a 30%, teremos

Como se observa, a potência requerida é insignificante. Na prática, utiliza-se uma bomba com potência pequena, digamos, de 114 CV a 112 CV, conduzindo a uma circulação mais rápida, o que é favorável ao bom funcionamento da instalação.

5.7.4 Escolha de compressor frigorífico O tipo de compressor para instalação de água gelada potável é o alternativo, m M m chamado reciproco. Os compressores (foram estudados no Cap. 3). Cabe-nos mosirar como chegar aos valores que permitam a escolha do compressor utilizando os catálogos dos fabricantes. Os chamados compressores para frio operam com os líquidos refrigerantes ou fluidos frigorificos, os quais têm como característica essencial seu ponto de ebulição ou de vaporização a temperaturas abaixo de zero graus Celsius na pressão atmosférica. É o caso do Freon 12 (C . CL, . F,) - 30°C. Freon 22 (CH . CL F,) - 41V. da am6nia (NH,) - 32°C; do cloreto de Metila (CH, . CL) - 24°C. A amônia é usada principalmente para instalaçóes industriais de frio. O freon 12 (R12) e o freon 22 (R22) são amplamente usados em instalaçóes domésticas, comerciais e industriais. O R22 é mais empregado, embora de custo mais elevado que o R12 pelo fato de exigir menores compressores para uma mesma finalidade. Os compressores são especificados pelos fabricantes em seus catálogos em "toneladas de refrigeração" TR,unidade prática que corresponde a "quantidade de calor a retirar da água a PC, para formar uma tonelada de gelo a PC, em cada 24 horas".

.

1 TR corresponde a 3.333 kcal por hora, e como 1 cal -t 3,9685 BTU

I TR -+ 1,3227BTUh (Tonelada Standard Comercial Americana de Refrigera~ão)

O problema da escolha do compressor consiste em calcular o número de toneladas de reíiigeração necessário para atender à instalação, isto é, para retirar a quantidade de calor necessária. Essa quantidade de calor a ser retirada do sistema a refrigerar na unidade de tempo chama-sepotência frigoríjica ou carga térmica de refrigerapio, e é medida em frigorias por hora (fgih). A frigoria vem a ser uma quilocalona retirada ou quilocalona negativa, de acordo com a convenção de sinais da Termodinâmica. Temos que calcular as parcelas de quilocalorias como a seguir indicado e dividi-las por 3.333 para termos o número de TR do compressor a usar. a) Perdas de frio (ganho de calor por condução na rede de distribuição). Vimos como se calcula e, no exemplo que estamos seguindo, seu valor é igual a

Q' = 807 kcalh (ou frigonas por hora) b) Perdas por condução no reservatório. No exemplo, Q" = 69 caVh. c) Perda sofrida pela água na bomba de refrigeração. Em geral não se dispõe de elementos para calcular seu valor e se adota um valor igual a 5% do das perdas Q' Q"' = 0,os . Q'

No caso, Q"' = 0.05

X

807 = 40,03 kcaVh = 40 kcaVh.

d) Quantidade de calor a ser retirada da água de consumo. Como a instalação prevê um tanque de água gelada, a igua de consumo pode ser considerada como a do consumo horário médio. cujo valor é 900 liltros. Então Q'" = 900 X (23 - 7) = 14.400 kcal/h

Admitimos nessa equação que a água entra no tanque a 23"C, vindo do reservatório superior do pddio. O número de kcal (no caso, são kfg) necessárias para resfriar o volume consumido por hora será:

Instalações de Agua Gelada

415

Somando as quatro parcelas, teremos:

Em toneladas de refrigeração, teremos: 15.316 i3.333 = 4.59 TR Com o valor 15.316 k c a h ou 4,59 TR, utilizando o catálogo do fabricante, escolhe-se o tipo de compressor. Teríamos um compressor com cerca de 8 BHP.

5.7.5 Circuito de água filtrada Encanamento de retorno -adota-se a mesma bitola do encanamento alimentador de água gelada para bebedouros. Filtros -é indispensável uma instalação de filtragem numa instalação para alimentaçãode bebedouros. O tipo de filtro mais empregado é o de velas porosas, que retém as impurezas na sua superfície cilíndrica externa quando é atravessado: pela água de fora para dentro. Em instalações de grande capacidade, para não se ter que usar um número grande de filtros de vela, opta-se por filtros de areia. As velas podem ser grupadas em bateria, formando unidades com 3,5, 7 e até em' maior número. A descarga através das velas de filtro varia evidentemente com a pressão. As velas devem ser lavadas periodicamente e esterilizadas a cerca de 120°C. A Tab. 5.5 fornece as descargas em filtros de velas porosas para várias pressões. Tabela 5.5 Descarga em filtros d e velas porosas 4a5m

20 a 27 m

Pressão Node velas

Velas limpas

Velas sujas

3

16U yh

80 1/h

500 I/h

5

280

140

RW

5.7.6 Elementos para especificaçáo de uma instalação central de água gelada

potável 1. Reservatório de água gelada. Vimos no item 5.7.1 suas características.

2. Compressor recíproco com condensador resfriado a ar. 3. Serpentina para imersão no reservatório de água gelada equipada com válvula de expansão temostárica. 4. Filtros de vela porosa. 5 . Duas bombas (I de reserva) para a condução da água do reservatório superior através dos filtros até o reservatório de água gelada. 6. Duas bombas (uma de reserva) para circulação da água gelada. 7. Tubulações e conexóes para a linha alimentadora nos bebedouros de retomo ao reservatório de água gelada. Podem ser de ferro galvanizado ou cobre. 8. Tubulações para esgoto da água dos bebedouros não consumida pelo usuário. Podem ser PVC ou de ferro fundido. 9. Bebedouros 10. Equipamentos de controle da bomba de filtração. 10.1 Chave-bóia localizada na caixa d'água. 10.2 Chave de faca. 10.3 Chave magnética e de proteção térmica do motor (srarter)de comando magnético ou direto. 11. Equipamento de controle do compressor. 1 1.1 Automático de pressão máxima e mínima, ao qual está ligada a bobina da chave magnética. 11.2 Chave da faca manual.

416

Instalações Hidráulicas Prediais e lndusbiais

Fig. 5.7 Esquema de uma instalação central de água gelada.

Instalações de Agua Gelada

417

Pal. Req. n.' 5208687

Fig. 5.8 Central de água gelada potável Sibel. 11.3 Válvula magnética ligada na linha que conduz o líquido refrigerante do receiver (separador de líquido do condensador) para a válvula de expansão. 11.4 Termostato do bulbo Convém fornecer alguma informação a respeito. O bulbo do termostato fica imerso no tanque de água gelada. Aciona o interruptor no termostato de modo a permitir ou não a passagem da corrente elétrica para a válvula magnética, conforme a temperatura da água. Se a temperatura da água no reservatório estiver alta, o bulbo capilar do termostato fechará o interruptor do automático, permitindo a passagem da corrente para a válvula magnética. Esta se abre com a chegada da corrente e permite a passagem do líquido refrigerante para a válvula de expansão e daí para a serpentina do evaporador. O líquido refrigerante, entrando em vaporização no evaporador, provoca a elevação da pressão no carter do compressor, uma vez que o evaporador se acha ligado ao mesmo. Em conseqüência, fecha-se o c'ontato do automático de pressão pelo acionamento do seu fole de baixa pressão. Assim, a corrente chega à bobina da chave magnética, liga-a e dá-se a partida do motor do compressor. Inversamente, quando a temperatura da água no reservatório atingir o valor mínimo desejado, a pressão do gás contido no fole do bulbo capilar no termostato produz retração do fole, o que determina a abertura do interruptor do termostato. Com isso cessa a passagem da corrente elétrica para a válvula magnética, que então se fecha. Com o fechamento da válvula magnética o gás deixa de escoar até a aspiração do compressor. Imediatamente cai a pressão no carier do compressor, produzindo abertura do interruptor do automático de pressão, pois o fole de baixa pressão se retrai. Cessando o fornecimento de corrente à bobina da chave magnktica, o compressor pára. 12. Equipamento de controle das bombas de circulação. 12.1 Chave horária (time-switch)-possui um mecanismo de relojoaria operado eletricamente, que fecha automaticamente um contato na hora em que a instalação deve entrar em funcionamento. Com isso, a corrente elétnca passa para a bobina da chave magnética. Chave magnética -liga e protege o motor da bomba. Chave de reversão - para fazer funcionar uma ou outra bomba. 13. Equipamento de controle das bombas de água do reservatório aos filtros e reservatório de água gelada. 13.1 Chave termomagnética comandada pelo automático de bóia do reservatório de água gelada. 13.2 Chave de reversão.

418

Instalaç6es Hidráulicas Prediais P Industriais

Fig. 5.9 Instalaçáo central de água gelada - hidráulica e eldtrica (representação esquemática). 1. compressor; 2, condensador; 3, evaporador; 4, reservatório de água gelada, isolado; 5, filtros; 6, bomba de igua gelada, 7. bomba de água comum: 8, chave geral; 9,

chave magnética; 10, chave horiria; 11. automático de pressão; 12. válvula magnktica; 13, válvula de expansão; 14. intemptor do termostato de bulbo, 15, fillm de refrigerante; 16. chave de Mia;

Iristaiações de Água Gelada

419

5.8 INSTALAÇÓESCOMPACTAS Encontram-se h venda centrais de água gelada potável sob uma forma compacta, contendo compressor, condensador a ar, serpentina evaporativa, filtro, reservatório, bomba, conuole e quadros. E o caso das unidades fabricadas por Sibel SIA -Engenhmia, Comércio e Indústria. O fabricante, além de fornecer instalações sob encomenda, apresenta dois modelos padronizados: CAG-100 para consumo de 90 üh e compressor com capacidade para 1.6W kcallh, e CAG-250 para 250 Vh e 2 . W kcaih.

OLIVEIRA JUNIOR, Nestor de. Inrtolaçóe~de Ápua Fiirrado s Refrigeroda. R.J. 1949. SILVA. Remi Benedito. Insrala$ões Frigoflcas. Depanamento de Livms e Publicaçks da Grêmio Politécnico da E.P.U.S.P.. 1960. CARRIER. HandbwkofAir Condilioning Sysrrrn Design. Edição 1977. ASHRAE. American Sociery ofHeoring. Rejngeraling
Coldex Trme. AI Condicionado. SABROE do Brasil Ltda. SULZER do Braqil S.A. GEA do Brasil Intercambiadores S.A. SIBEL Engenhuia. Comércio e Indústria S.A. GELTEC Comércio e IndJsYia S.A. (Bebedouros "DANFOSS" (V&lvulas).

6.1 GENERALIDADES Em muitas operações industriais é necessário resfriar equipamentos, máquinas e produtos em fase de produçáo ou depois de prontos. Uma das formas mais convenientes de remover « calor consiste na utilização da água, numa temperatura que se pode considerar como fria sem, contudo, estar nas temperaturas baixas que caracterizam a água gelada. A água bombeada para o equipamento, que pode ser. por exemplo, o resfriador de um compressor, se aquece. Apresentam-se duas opções quanto ao destino a ser dado a água aquecida: a) lançá-la num rio, lago ou no mar. Isto pode ocorrer em casos especiais, como numa central nuclear. cuja água de resfnamento é bombeada para o mar a considerável distância da costa. No entanto, as prescrições quanto à temperatura e o grau de poluição da água a ser lançada in narura podem tornar o despejo direto impraticável. O mesmo se diga quanto ao lagamento em redes de esgotos sanitários. b) aproveitar a água que serviu para resfriar o equipamento fazendo-a circular em circuito fechado passandn por um resfriador. Esta solução é a mais comumente adotada, pois economiza a água. cujo custo ou disponibilidade não permitem um desperdício como o que ocorre na primeira opção acima citada. Neste segundo caso, a água que é gasta c que corresponde a água de reposição é apenas uma pequena parcela. A água perdida por evaporação em qualquer dos sistemas de resfriamento adotados é da ordem de I a 2% de volume de água em circulação, o que é considerado insignificante.

6.2 TORRES DE RESFRIAMENTO OU DE ARREFECIMENTO O resfnamento da água pode ser feito em grandes reservatórios, onde sua superfície livre fica em contato com o ar. Porém é quase sempre mais prático e econômico empregar torres de resfriamento. As torres de resfriamento podem ser de um dos seguintes tipos: - com circulação natural de ar: - com corrente de ar induzida; - com corrente de ar forçada.

6.2.1 Torres com circulação natural de ar Os tipos pequenos constam de uma série de aspersores ou chuveiros que lançam a águade certa altura numa bacia coletara. O ar (suposto em movimento como brisa ou vento) penetra por venezianas e ajuda a dispersar as golas de água e a resfriáIas em sua queda (Fig. 6.1). Deve-se localizar a torre na cobertura, em local elevado e de área grande, para melhor aproveitas a ação do vento, do qual a torre depende para otimização de seu funcionamento. Em usinas térmicas convencionais e termonucleares usam-se, para resfriamento de grandes capacidades, tipos especiais de torres por convecção livre, hiperbólicas, por via seca (aircoolers) ou por via úmida.

Resfriamento da Agua

L

BACIA DE CONCRETO, ALVENARIA OU FIBRA DE V I D R O

Fig. 6.1 Torre de resfnamento com circulação natural de ar.

6.2.2 Torre de resfriamento por ar induzido, com aspiração do ar em

contracorrente Como no caso anterior, a água cai de aspersores na parte superior de uma caixa que possui paredes laterais permitindo a entrada do ar por venezianas. O ar sai por uma abertura na parte superior, graças à atuação de um ventilador axial de pás fixas ou de passo ajustável. A ação do ventilador produz uma rarefação na torre, de modo a induzir a entrada do ar em sentido contrário ao da água que goteja. Por isso a torre desse tipo é chamada de contracorrente (Figs. 6.2,6.3e 6.4). Internamente à torre existe um enchimento de grades e colmkias especiais, em cuja travessia a água processa a transferência de seu calor para o ar (Fig. 6.5). Forma-se no enchimento um filme turbilhonado ou de respingos. O ar úmido e quente é expelido pelo ventilador para a atmosfera, de baixo para cima. Modemamente usam-se, além de torres de madeira tratada, totres de arrefecimento fabricadas com fibra de vidro, substituindo os tipos de torres de madeira. As torres de dimensóes muito grandes são executadas em concreto armado, com enchimento de elementos plásticos com fibra de vidro.

Fig. 6.2 Torres de resfriamento, totalmente de plástico reforçado com fiberglass, fabricadas pela GEA do Brasil S/A.

422

lnstalaç&s Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 6 3 T o m de resfnamento Sulzer por ar induzido. I. Coletar de entrada da Agua a ser resiiiada 2. Ventilador axial 3. Biws pulverizadores 4. Separador de gotas 5. Tubulação de disüibuição dos bicos 6. Enchimento 7. Revestimento 8. Estrutura 9. Bacia recolhedora 10. Motor multipolar

Ng. 6.4 Torre de resfnamento de resina plástica e fibra de vidro da GEA do Brasil SIA. 9. Pane superior da carca~a 1. Entrada de hgua 2. Agua de reposiçxo 10. Eliminador de gotas 3. Cantoneira de fixaç80 1 1. Parte da carcaça 12. Tubo de distnhuiçi%ode 6gua 4. Ladrão 5. Dreno 13. Bico de aspersão 6. Saída de água 14. Enchimento resfriador (gaiola) 15. Entrada de arlvenezianas 7. Motor 16. Bacia coletara de água. 8. Hélice do ventilador

Resfriamento da Água

423

Separador dc gotas

Mg.6 5 Enchimento da Sulzer do Brasil S.A.

Fig. 6.6 Separador de gotas.

As torres possuem na parte superior, entre os aspersores e o ventilador, eliminadores'ou separadores de gotas (Fig. 6.6) para impedir que essas cheguem até os ventiladores. Quando operando sob pequena carga térmica, a torre pode eventualmente trabalhar com o ventilador desligado. Com isso, a água pode vir a respingar para o exterior através das abemiras de admissão do ar. Se for prevista esta hipótese, colocam-se lateralmente calhas para coletar a água dos respingos. A formação de respingos para o exterior aumenta sob o efeito de fortes ventos laterais.

6.2.3 Torre de resfriamento por ar induzido, com insuflamento de ar em contracorrente A forma da caixa é. até certo ponto, parecida com a do tipo de aspiração sem o "colarinho", onde t colocado o ventilador. No caso, usa-se um ventilador centrífugo que insufla o ar horizontalmente sobre acolméia por onde as gotículas de ar, por gravidade, vão passando. A saída de ar pode ser na vertical ou na horizontal, usando-se neste caso o sistema chamado de corrente cmzada (Fig. 6.7). O material empregado é semelhante ao do tipo de aspiraçáo de ar.

6.3 ESCOLHA DE UMA TORRE DE RESFRIAMENTO Os fabricantes de toms de resfriamento de fibra de vidro apresentam, em seus catálogos, indicações que permitem selecionar com facilidade o tipo adequado a cada caso específico. Vejamos como é apresentado o método para escolha pela Alpina SIA - Indústria e Comkrcio, consagrado fabricante de resfriadores de fiberglass e de outros tipos de torres apropriadas a casos especiais. Notemos inicialmente que o funcionamento do ventilador e a movimentação da água ocasionam um certo nível de Nído que. no caso de uma indústria, não costuma apresentar inconvenientes, mas acarreta desconforto quando a t o m fica em área residencial, ou em hospitais e hotéis onde não possa ser desligada h noite. Para atender a todos os aspectos do problema, são fabricados pela Alpina resfriadores de irês tipos: Standard -para instalações industriais ou onde não haja preocupação com o mído.

Mg.6.7 Reshiador de igua ALPINA. Series A a SG, modelos 3 ate 32.

424

lnstnluciíes Hidráulicns Prediais e Industriais

Silenciosos -para instalações comerciais e residenciais onde ocorre desligamento a altas horas da noite. Empregamse ventiladores com rotação a 213 da nominal e motores de 6 pólos. Supersilenciosos -aconselhável para hospitais, hotéis (onde o ar condicionado funciona dia e noite, sem interrupção) e em locais residenciais próximos a vizinhos. Usam-se motores girando a 50% de sua rotação nominal com 6 ou 8 pólos. Em seu catalogo R'esfriadores de água compactos defiberglass, a Alpina S.A. apresenta os elementos para o cálculo d o nível de mído. O caiátogo mostra como foram estabelecidos os elementos e as bases de cálculo visando a elaboração dos gráfícos para escolha do resfriador. Com a permissáo do fabricante, apresentamos três desses práf~cosnas Figs. 6.8,6.9 e 6.10 e o desenho do reshiador na F i g 6.1 1. A escolha do resfriador parte da definição dos seguintes elementos: a) Quantidade de calor Q a ser removida da água quente bombeada para os aspersores da torre, isto é, a capacidade térmica, expressa em kcalihora. b) Vazáo G, da água em circulação. Depende dos equipamentos industriais que são resfriados. Seja por exemplo:

c) Temperatura de água quente a resfriar tw,

=

40,0%

d) Temperatura de água resfriada. tw, = 30,O'C Observação: Só se consegue resfriar até 2°C abaixo da temperatura do termômetro de bulbo úmido. No Rio de Janeiro, essa temperatura chega a 27'C. e) Temperanua do termômetro de bulbo úmido I, para as condições locais. É medida com um termômetro comum cujo bulbo de vidro é coberto com uma gaze úmida.Após movimentar-se rapidamente o termômetro no ar, realiza-se a leitura. Pode-se usar opsicrômetro, que mede tanto a temperatura do bulbo seco, que dá a temperatura sensível, quanto a do bulbo úmido, que indica o resfriamento evaporativo. Lembremo-nos de que quanto menos umidade houver no ar, menor será a temperatura do bulbo úmido. Em dias de calor com forte umidade a temperatura do bulbo úmido é, portanto, mais elevada. Suponhamos, para o exemplo, que a temperatura b é igual a 25'C. f) Diferencial térmico entre a temperatura da água quente que entra no resfriador e a da que sai.

A Tah. 6.1, com o catálogo da Alpina, nos permite obter uma indicação quanto aos valores das grandezas

para uma estimativa de cálculo.

Tabela61 Natureza da instalaçio

-

a=t2-4

tw

z=Li-L

1

Ar condicionado

3.0-5.5.C

29,S-C

4,O-5,5'C

2

Turbccompressores (com ojiercooler)

2.5-5,O'C

29.O'C

6.0-8.O'C

3

Idem dajiercwler

6.0-9,O'C

32,O'C

7.0-9.O'C

4

Laticínios

2,s-5,O'C

29,O'C

6.0-8,O'C

5

Usinas de açúcar (colunas barom6tricas)

6

Motores diesel com baixa rotação com supercharger Metalurgia (resfriamento de massas refratanas)

7

2.0-4.5'C

28.0'C

6.0-8,O'C

9,O-l5,O'C

35.0eC

L5,O-25,O'C

10.0-I5,O'C

3S'C

8,O-12,O'C

426


428


Vamos considerar os três tipos de torre e escolher a torre queconvirá a cada um deles. a) Torre com nível de ruído srundard Entrando no gráfico da Fig. 6.8 com o valor t, = 25'C e seguindo a linha horizontal tracejada até I , = 30,0°C e na vertical até Z = 10,O"C; continuando para o lado esquerdo horizontalmente, até a interseção com a abscissa G , = 60.000 Vh, fica selecionado o modelo 40 SG. b) Torre com nível de ruído silencioso Com os mesmos dados acima iremos escoiber, pelo gráfico da Fig. 6.9, o modelo 63 SG, que pode operar com a vazão até 70 m3/h. C)Torre com nível de ruído supersilencioso Neste caso. o modelo será o 80 SG (Fig. 6.10).

Numa instalaçáo industrial pode haver vános equipamentos que recebem a água de resfriamento numa mesma temperatura, mas a devolvem em temperaturas diversas, como representado na Fig. 6.12. Consultando os catálogos de equipamentos, tais como compressores, motores diesel etc., tem-se a informação sobre os níveis de temperatura de entrada e saída da água de cada equipamento e das vazóes necessárias. Como as vazões e temperaturas variam conforme o equipamento, é usual recolher-se a água que foi usada nesses equipamentos em um reservatório, onde adquire uma temperatura média determinada pela lei das misturas. Assim, se tivermos, por exemplo, equipamento A - vazão C.., = 10 m3h, t, = 50'C equipamento B - vazâa G , = 30 m3/h,t, = 40'C equipamento C -vazão G,, = 20 m3/h, t, = 45'C. a equação das misturas nos fornece

Esta é a temperatura com que a água é bombeada para a torre ou as torres, se for necessário mais de uma. Em geral é instalada uma torre de reserva, o que é pmdente prever para situações de emergência ou para manutenção. Na Fig. 6.12 vemos dois circuitos: a) Circuito de resframento dos equipamentos Compreende: reservatório R, de água fria, que recebe a água de operação e de reposição (make-up);bombas de circulação de água de resfriamenlo, duas em paralelo (sendo uma de reserva) para cada equipamento, pois a pressão e a vazão variam conforme a natureza, capacidade e regime de trabalho de cada um deles; header ou banilete de alimentação das bombas; encanamentos de aspiração e recalque de cada par de bombas, compreendendo tamMm válvulas e conexões; encanamentos de retomo da água de cadaequipamento para o reservatório R,,onde a água chega aquecida pela transferência de calor ocomda nos equipamentos. O retomo da água pode ser por gravidade, pela pressão da própria bomba citada. ou necessitar de uma bomba de retomo, caso o reservatório R, fique longe do equipamento. b) Circuito de resfriamento da água do reservarório R, A água é bombeada, passando por filtros e indo até a torre (ou as torres) de resfnamento. Da bacia inferior da torre a água desce (geralmente por gravidade, pois as torres ficam quase sempre em locais elevados) ao reservatório R,, de onde é bombeada para os equipamentos a serem resfriados. Pode ser necessko bombear a Aguadas bacias, em instalações industriais,quando essas não se acharnem nível bastante elevado, ou quando adistância ao reservat6rio R, for muito grande.

6.5 CONTROLE DO SISTEMA As bombas são comandadas pela atuação de termostatos (termorreguladores). Havendo falha em uma das bombas de resfriamento dos equipamentos ou no ventilador da torre, um termostato aciona um sinal de a l m e e ativa uma válvula magnética que permite a entrada da água do castelo d'água ou do reservatório superior diretamente para os equipamentos, numa reposição de emergência ou provisoriamente, enquanto se conserta o defeito ocorrido (Fig. 6.12).

430

InstalafOes Hidráulicas Prediais e Industriais

Resfriamento da Agua

+ 0

z u

I a

0 3

. --------------- 7 .I

. ..

RETORNO

'

ALIMENTA~~O

C

0

I

I I

&tUA

A

SER

RESFRIADI

431

6.6 TORRES DE RESFRIAMENTO EM INSTALAÇÕES DE ÁGUA GELADA INDUSTRIAL Em instalações onde se faz necessário enviar água gelada aos equipamentos, como acontece nas instalafóes de ar condicionado central com serpentinas e ventiladores de insuflamento, a água que circula no condensador da Unidade Centnfuga se aquece, devendo então passar pelo processo de resfriamento em torres dos tipos que vimos. É o que mostra a Fig. 6.13, onde se observam duas unidades centrífugas fornecendo águagelada a três equipamentos. Dos condensadores, a água vai para duas torres de resfnamento, de cujas bacias é bombeada, já resfriada, para os condensadores, estabelecendo-se assim um circuito de resfnamento desses equipamentos.

CARRIER. Syrrem dpsign. 1976. HENNING, Herhen. The m i n t y e r o/ cooiingli>waerIlerign, rhrir /ippli<:urionund rcunornics. 2.' Seminario de Utilidddes. 1BY. novembro. 1477 LEANDRO, Ary. Tratamentu de igua de refrigerafio. 2.' Seminánn de Utilidades, 1BP. novembro, 1977. MANSUR. Wyler e FERNANDES. José Joaquim Dias. Experiência do Perrobras no rraramenlo de d p o s de re.$riumrnio. 2."Seminánu dc Utilidades. IBP. 1977. PARE, Jorge A. Limpiera un operocion de un <:irruitoinduririai de aguu de re~fri. 2.' Seminário de Utilidades. IBP. 1977. SOLARINO. Robeno L. Torres de reifnamento. 2." Seminário de Utilidades. IBP. nouemhrn. 1977.

Catálogos -Alpina S.A. Indúruiae Com6reio. Resiriamento de igua compaclos de fiberglass Alpina. Scleção, instala@o c manutenção. I978 -AR Industcial Equipamentos Ltda. Torres de resfriamenro. -Caravela (Indústrias Caravela Ltda) Torres de resfriamento de Sgua. - CEA do Brasil S.A. Torres de resfriamento em fibra de vidro. GCA Ju Br-il Inirr.diiiibiadurrr S.4. A q ~ c . c d u r r \ e c ~ í r i i a o r c \ C t .i\ i p 1:1 ~ -
Instalações de Água Quente 7.1 GENERALIDADES O fornecimento de águaquente representa uma necessidade nas instalações de determinados aparelhos e equipamentos ou uma conveniência para melhorar as condições de conforto e de higiene em aparelhos sanitários de uso comum. Assim, não se pode prescindir de água quente em instalações hospitalares e em hotéis com restaurantes e lavanderias, e não seria aceitável um prédio residencial que não fosse dotado de instalações para produção de água quente. Em instalações industriais, em laboratórios ou onde se realizam processamentos de produtos químicos e industriais de imensa variedade também se recorre à água quente. A temperatura com que a água deve ser fornecidadepende do uso a que se destina. Quando uma mesma instalaçáo deve fornecer água em temperaturas diferentes nos diversos pontos de consumo, faz-se o resfriamento para as temperaturas desejadas com um aparelho misturador de água fria no local da utilizaçáo. Assim, por exemplo, a água numa lavanderia deve ser fornecida entre 75' e 80°C.Já nas cozinhas, para a boa lavagem da louça com restos de gordura, a água deve achar-se entre 55' e 75'C. Para banhos, lavagem de mãos e limpeza. é suficiente prever-se na torneira ou misturador a água entre 40" e 50°C. Em regióes de clima muito frio, a água quente 6 também usada nos radiadores para o aquecimento dos ambientes. Podemos dividir as instalações de água quente em: Instalações indusrriais - nestas, a água quente atende a exigências das operações inerentes aos processos empregados na indústria. Os dados referentes ao consumo de água quente, pressão e temperamra são estabelecidos em função da natureza, finalidade e produção dos equipamentos que dela irão necessitar. Insralações prediais - sob essa designação acham-se compreendidas as instalaçóes que servem a peças de utilização, aparelhos sanitários ou equipamentos, visando a higiene e o conforto dos usuários. As exigências técnicas mínimas a serem atendidas nessas instalações acham-se estabelecidas na Norma Brasileira NBR-7198182 - "Instalações Prediais de Água Quente". A norma abrange o aquecimento de água onde forem utilizados como fonte de calora eletricidade, o gás ou o 61eo. Aplica-se também às indústrias naquilo que se referir a higiene e conforto das pessoas, como é o caso dos aparelhos sanitários, peças de utilização. cozinhas e lavanderias.

7.2 MODALIDADES DE INSTALACÃODE AQUECIMENTO DE ÁGUA O aquecimento da água pode ser realizado por um dos seguintes sistemas: Individual - quando o sistema alimenta um só aparelho. E o caso do aquecedor a gás localizado no banheiro ou na cozinha, embora a rigor alimente mais de um aparelho. Central privado - quando o sistema alimenta vários aparelhos de uma só unidade. É o caso de uma residência (casa ou apartamento) onde existe um equipamento para produção de água quente, do qual partem os alimentadores para as p e ç a de utilização nos banheiros, cozinha e áreas de serviço. Central coletiva -quando o sistema alimenta conjuntos de aparelhos de várias unidades (prédios de apartamentos, hospitais, hotéis, escolas, quarteis e outros).

7.3 CONSUMO DE ÁGUA QUENTE Em países de clima muito frio, o consumo de água quente chega a ser igual a 113 do consumo total de água dos aparelhos. As previsões atingem, portanto, valores muito grandes. Para hotéis e apartamentos, por exemplo, chegam a ser pre-

434

Instalaçõt?s Hidrá~ilicasPrediais r Industriais

vistos 150 litros por pessoa/dia. Nas nossas condições de clima e hábitos, seguimos as prescrições contidas na Norma Brasileira NBR - 7198182, de "Instalações Prediais de Agua Quente", que abaixo indicamos: Estimativu de consumo. Como base para o dimensionamento do aquecedor e do reservatório de acumulação de água quente, pode-se usar a Tab. 7.1. Veremos mais adiante como dimensionar o aquecedor e o reservatório de água quente, o que irá depender do tipo de aquecimento empregado.

Tabela 7.1 Estimativa de consumo de água quente Prédio

Consumo lihosldia

Alojamento provisório de obra Casa popular ou rural Residência Apartamento Quartel Escola (internato) Hotel (sem incluir cozinha e lavanderia) Hospital Restaurantes e similares Lavanderia

24 por pessoa 36 por pessoa 45 por pessoa 60 por pessoa

45 por pessoa 45 por pessoa 36 por hóspede 125 por leito 12 por refeição 15 por kgf de roupa seca

7.4 VAZÃO DAS PEÇAS DE UTILIZACÃO É necessáio o conhecimento da vazão das peças de utilização para dimensionar os encanamentos, tal como vimos para a água fria, no Cap. 1. Podemos usar para água quente a Fdb. 7.2, que fornece a descarga de cada peça e opeso correspondente.

Tabela 7.2 Vazão das pesas de utilizaqão Pesas de utiliza$ão

Vaza0 Vs

Peso

Banheira Bidê Chuveiro Lavatúrio Pia de cozinha Pia de despejo Lavadora de roupa

7.5 FUNCIONAMENTO DAS PEÇAS DE UTILIZAÇÃO A NBR - 7198182 admite que, salvo em casos especiais, deve-se considerar ofuncionumenro múximo provável das peças de utilização, e não o máximo pussível. Recomenda que, para a estimativa das vazões a considerar no dimensionamento dos encanamentos, se utilize a fórmula

onde

Q = vazão em Us C = coeficiente de descarga = 0,30 Us HP = soma dos pesos correspondentes a todas as peças suscetíveis de utilização simultfinea, ligadas ao encanamento. Para a determinação rápida e direta das varões e do diâmetro do encanamento 6 recomendado o emprego d o mesmo nomograma visto no Cap. 1; são válidas as observações quanto ao dimensionamento dos alimentadores principais, ramais e sub-ramais.

I n s t n i a ~ õ ~d~s ASuo Quente

435

7.6 PRESSOES M ~ N I M A SDE SERVIÇO As pressões mínimas de serviço nas torneiras e nos chuveiros são, respectivamente, de 1,00e 0,SO metro de coluna d'água, ou seja, 0,l kgf/cm2e 0,05 kgf/cm2, respectivamente (1 kgf/cm2 = 10 mca = 100 kPa; 1 mca = 10 kPa).

A pressão estática máxima nas peças de utilização. assim como nos aquecedores, é de 40,Ometros de coluna d'água, ou seja, 4,043 kgf/cm2, devendo-se recorrer aos meios apontados no Cap. 1 para que esse limite não seja ultrapassado.

A Tab. 7.3 apresenta para os diâmetros comerciais de encanamentos os valores máximos para a velocidade, calculada pela expressão:

sendo v = velocidade em metros por segundo e D = o diâmetro. em metros

Tabela 7.3 Velocidades e vazóes máximas para Qua quente Velocidades máximas

Diâmetro

ímm)

(~01)

m/s

Vazóes máximas us

7.9 PERDAS DE CARGA O cálculo das perda de carga é feito do mesmo modo que o indicado no Cap. 1 para a instalação de água fria. Recomenda-se para os tubos de aço galvanizado, cobre e latão o emprego das fórmulas de Fair-Whipple-Hsiao ou os nomogramas nelas baseados (Figs. 1.35 e 1.36). Para o cálculo das perdas de carga localizadas aconselha-se o uso das Figs. 1.40 e 1.41.

7.10 DIÂMETRO MÍNIMO DOS SUB-RAMAIS Os snb-ramais não devem ter diâmetros inferiores aos indicados na Tab. 7.4.

Produzir água quente significa transferir de uma fonte de calor as calorias necessárias para que a água adquira uma temperatura desejada. Essa transferência de calor pode se realizar diretamente, pelo contato do agente aquecedor com a água, como ocorre nos aquecedores eléiricos, ou com vapor saturado. nos sistemas de mistura vapor-água;ou indiretamente, por efeito de condução térmica mediante o aquecimento de elementos que ficarão em contato com a água (por exemplo, vapor no interior de serpentinas imersas na água) ou pela ação do ar quente sobre a água contida em serpentinas ou recipientes apropriados.

436


Tabela 7.4 Diâmetro mínimo d o s sub-ramais P q a s de utilizaçSo

Banheira Bidê Chuveiro Lavatório Pia de cozinha Pia de despejo i Lavadora de roupa

Diâmetro (mm) 15 15 15 15 15

20 20

Pode-se conseguir a quantidade de calor necessária ao aquecimento da água de diversas fontes de energia térmica, que caracterizarão as modalidades de equipamento a instalar. Entre essas fontes de energia térmica ou capazes de produzi-la, temos: 1. Combustíveis sólidos (carvão vegetal, mineral e lenha); líquidos (óleo combustível, 61eo diesel, querosene, álcool); gasosos (gás de rua obtido a partir da hulha ou do craqueamento de 6leos e de nafta de petróleo, g8s liquefeito de petróleo -GLP -, conhecido como gás engarrafado, e gás natural de poços e gás de biodigestores). 2. Energia elktrica, no aquecimento de resistência eléhica, com a passagem da corrente, pelo efeito Joule. 3. Energia solar, com o emprego dos aquecedores solares. 4. Vapor,pelo aproveitamento do vapor de caldeirg conduzindeo a uma serpentina imersa na água ou misturando-o com a água. 5 . Ar quente, junto a paredes de fomos indushiais e pelo aquecimento da água em serpentinas pr6ximas ao fomo. 6. Aproveitamento de dgua de resfrinmento de Certos equipamentos indushiais (compressores motores diesel etc.). TERMO-SIFAO O termo-sifão, basicamente, é um circuito fechado em que a água aquecida escoa por convecção, devido à diferença de densidade e n w a igua fria e a quente. Designa-se também com esse nome o aquecedor representado na Fig. 7.1, empregado no aquecimento de iguautilizando o fogão das cozinhas. As setas indicam o sentido de circulação da água por convecçáo. A Fig. 7.2 mostra um termo-sifãocolocado no interior de um fogão ligado a duas tubulações que levam a água aquecida a um storage, onde o calor da água é transferido ? água i vinda de um rese~at6rio elevado. Realiza-se, assim, uma mistura de água quente proveniente do termo-sifão com a água fria vinda do reservatório elevado. Existe outra modalidade de instalação baseada no termo-sifão. mais interessante do que a que acabamos de mencionar e que se acha representada na Fig. 7.3. Nesta instalação, os tubos B e C se prolongam pelo interior do storage, através de umaserpentina E. O circuito formado pelo aquecedor, os tubos B e C e a serpentina é independente do circuito que alimenta os aparelhos, e que é formado pelo tubo A, o storage e o tubo D. Assim, a água enviada à utilização fica livre de pressões, por vezes perigosas.

Fig. 7.1 Aquecedor de termo-siíão.

Fig. 7.2 Instalaçáo de águaquente com circulação sob pressão

Instalaçóes de Agua Quente

437

Fig. 7.3 Instalação de água quente com circulaçáo sob pressão com serpentina no storage.

O aquecimento com o emprego de energia elétrica realiza-se pelo calor dissipado com a passagem de uma corrente elétrica de intensidade I (ampères) em um condutor de resistência R (ohms). A potência P (watts) correspondentea energia dissipada sob forma de calor 6 dada pela express.30

A energia dissipada, expressa em watts X horas, d expressa por E=PXt

sendo t = tempo, em horas

A equivalência entre a quantidade de calor e a energia pennite que escrevamos

sendo Q expressa em quilocalorias (kcal). A quantidade de calor necessária para elevar uma massa m de um líquido de calor específico c de uma temperama inicial r, a uma final f, 6 dada por:

No caso da água,podemos exprimir: m no mesmo número que mede a descarga, c calor específico em kcaVkgW"C, igual a 1. Notemos ainda que I kwh = 860 kcal. A lei de Joule pode ser expressa por:

sendo k um coeficiente numérico experimental que, para a aplicação com as unidades mencionadas e com r expresso em I segundos, tem para valor - = 0,0002398 0,00024. 427

-

438

insfnlu~iirsHidráulicas Prediais e Industriais

Mas a Lei de Ohm nos fornece

de modo que podemos também escrever

Exemplo: Faz-se passar uma corrente de 6 ampères num fio de cobre cuja resistência é de 15 ohms, imerso num recipiente com 150 litros de água a 20'C. Qual será a temperatura da água após quatro horas e qual a potência consumida? Quantidade de calor irradiado:

Q = 0,00024 X R X I2 x t = 0.00024 X 15 X 6' X (4

X

60 X 60) = 1.866 kcal

Por outro lado. Q = m.c (t2 - t,) 1.866= 150X I (t,- 20) 1.866 + 3.000 = 150 - t, 4.866 = 150. t, t2 = 32,4'C Mas. 1.866 kcal correspondem a E = 1.866 + 860 = 2,17 kwh e daí a potência consumida:

7.12.1 Tipos de aquecedores elétricos Os aquecedores elétricos podem ser de dois tipos: - de aquecimento instantâneo da água em sua passagem pelo aparelho - de acumulação, chamados boilers elétricos.

No primeiroiipo encontram-se os chuveiros elétricos e os aquecedores automáticos de água quente instantânea. Na categoria de chuveiros elélricos, a Lorenzetti S.A. fabrica a Ducha Elétrica Automática de L u u e a Eletro Ducha Auiomática. Ambas funcionam somente com a passagem da água pelo aparelho. Quando se abre o registro, a pressão da água atua sobre um dispositivo que liga a resistência e o jato jorraquente. São fabricadas para 110l220 volts e potências de 2.00012.800 watts, respectivamente. Chuveiros Elétricos Automáticos Normal de Lwro e Júnior. São semelhantes em seu princípio à ducha elétrica, com as mesmas tensões e mesmas potências elétricas. A Lorenzetti fabrica também a Torneira Elétrica Automática, que funciona com tensão de 110 ou 220 volts. Pode ser adaptada a uma torneira convencional de cozinha, laborató~to,hospital, consultório etc. Fabricaainda o Aquecedor Elétrico Automático Versátil, para instalação externa ou para embutir. Existe um modelo de baixa pressão, para até 10 mca, e outro para alta pressão, até 7 0 mca. A potência absorvida é de 3.500 watts. podendo ser usado com I10 ou 220 volts. Instalado sob o lavatório ou embutido na alvenaria, este aquecedor pode alimentar todas as peças do banheiro que demandam água quente ou as de uma cozinha. O Aquecedor Rápido de Passagem Cumulus possui um pequeno reservatório, de 18 litros, assemelhando-se externamente a um aquecedor a gás. Consome 3.000 watts e aquece 18 litros de água em 12 minutos. A produção de água quente desse aquecedor em uma hora é de 250 litros, com elevação de 15'C na temperatura de água; 190 litros, com eleva~ãode 20°C; 150 litros, com elevação de 25°C. ,4quecedores Elétricos de Acumulaçáo (boilers). Constam das seguintes partes: a) um tambor interno, que deve ser de chapa de cobre submetida a um processo especial de desoxidação, que irá conter a água; b) um tambor externo, de chapa de aço soldada. esmaltada ou pintada externamente; c) uma camada de material isolante, como lã de vidro. colocada entre os dois tambores. No interior dos tambores são dispostas uma ou mais resistências elétricas. As resistências. que são fios de Ni.Cr (Nicrcme), trabalham a seco, colocadas em um tubo de cobre, do qual são isoladas por separadores e buchas de porcelana. Embora existam boilers de baixa pressão com a superfície da água submetida à pressão atmosférica, quase sempre se empregam os aquecedores rle pressüo, que podem funcionar sob pressões de até seis atmosferas, como é o caso dos aque-

Instalações de Agua Quente

439

cedores Cumulus. Os de baixa pressão são indicados para residências, sendo colocados em geral sobre o forro ou lage de cobertura. Os de alta pressão possibilitam o Funcionamento de aparelhos de utilização acima dos mesmos, desde que a pressão do reservatório de água fria seja suficiente. Os aquecedores de acumulação possuem um termosrato ou temorregulador, que mantém automaticamente a água a uma temperatura dentro dos limites estabelecidos. Os aquecedores, quando instalados em prédios de vários pavimentos, são alimentados por colunas independentes das que servem os aparelhos sanitários. O ramal de alimentação que liga a coluna ao boiler deve derivar da coluna em cota superior ao aquecedor, entrando nos mesmos pela parte inferior (Fig. 7.4); esta canalização deve ser provida de registro de gaveta e válvula de segurança, sendo proibida pela NB-7198182 a instalação de válvula de retenção. A canalização que alimenta de águaquente os aparelhos sai pela parte superior oposta, sendo desaconselhada a sua ligação a um respiro conjugado para todos os pavimentos. Capacidade dos boilers ou aquecedores Existem à venda boilers de 50,80, 100,130,150, 180,200,250,300,400 e 500 litros. Sob encomenda são fabricadas unidades com até 4.000 litros. A Fig. 7.5 mostra uma instalação típica de aquecedor elétrico horizontal da Cumulus Eletro Aquecedores Ltda. Estão indicadas como alternativas as tubulaçks para alimentação do boiler com a derivação F, de uma coluna alimentadora geral e F, vara a alimentação vinda diretamente do reservatório suverior de &mafria. A F ~7.6a ~ . mo&a como se colocam os aquecedores elégcos de ac~mulqãonuma instalação de edifício. As colunas AF4 e AF5 destinam-se exclusivamente B alimentação desses aquecedores.

7.12.2 Dados para escolha do aquecedor elétrico de acumulação Numa estimativa preliminar, &uns autores estabelecem o consumo horário máximo durante o horário de pique como sendo igual a 1110 do consumo diário, e dimensionam o aquecedor para atender a esse consumo. ISOLAMENTO

7

b C

0

REOISTRO V ~ L V U L A DE RETENÇIO E DE SEOURINÇA REGISTRO DE LIMPEZA

DRENO

Fig. 7.4 Aquecedor de pressão

440

Instalnç6es Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 7.5 Aquecedor Cumulus horizontal.

A quantidade de água a aquecer depende do consumo das peças ou aparelhos. Por exemplo, um banho de chuveiro pode chegar a consumir 30 litros de água, sendo 12 de água quente a 65°C e 18 litros de água fria a 20"C, para se obter uma temperatura media de 38'C. De fato, a equação das misturas nos dá:

ou seja, 1.140 kcal. Como o kwh equivale a 860 kcal e sendo o rendimento do aqnecedor de 9096,teremos 774 kcal para cada kwh. Para fornecer 1.140 kcal serão gastos 1.140 + 774 = 1,47 kwh. Conhecendo-se o preço de kwh, pode-se calcular o custo do banho de chuveiro. A determinação da capacidade do aquecedor e da potência eléhica consumida pode ser feita com o auxilio da Tab. 7.5. Para empregar a tabela, deve-se calcular primeiramente o consumo diário com os elementos da Tab. 7.1 e com o conhecimento que se tem do número de pessoas que irão utilizar a água quente. Exemplo Qual a capacidade do aquecedor elétrico para atender a um apartamento com uma sala e três quartos? Suponhamos que cada quano corresponda a dois moradores. Teremos ao todo 6 pessoas. A Tab. 7.1 indica o consumo de 60 litros diários por pessoa. Assim. o consumo diário de água quente é de

6 X 60 Ypessoa = 3643 litros Mas a água t utilizada numa temperatura inferior aos 70°C indicados na Tab. 7.5. É realizada uma mistura com água fria de modo a se obter a temperatura que convém a cada utilização. Essas temperaturas nos aparelhos de utilização mais comuns podem ser as indicadas na Tab. 7.6. Observação:Uma família de 4 pessoas consumindo cada uma 50 Vdia de água a 20" acima da temperatura da água fria necessita de 120.000 kcal de energia por m&s.Para fornecer estaenergia, considerandouma perda de 20% são necessários 167 kw ou 37 m3de gás de rua, ou 13 kgf de GLP. Na tabela se vê que a quantidade de água quente a.70"C é de 29 litros por pessoa, ou seja, 6 X 29 = 174 para as 6 pessoas. Arredondando para o valor imediato constante da Tab. 7.5, teremos 200 1 como sendo o consumo diário a 70°C. Ainda

Instala~ãesde Agua Quente

i

CHAVE-FACA 2 POLOS C FUSIYEIS DE 30 AMPERES COLOCADA N O QUADRO DE LUZ

ROSCA. OAS 1

."O U 2'

RESISTENCIA ELETRICA KENT 220 V OU115 V TERMOSTATO

ESPECIFICAR A VOLTAGEM DESEJADA

Fig. 7 . 5 ~Instalação hidraulica para uso de aquecedor el6tnco Kent.

441

442

lnstalnçdes Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 7.6a Esquema de instaiaçáo de aquecedores elétricos de acumulaçáo nos apartamentos

u

"" " " " Fig. 7.6b Termo-si& antes da entrada no builrr para dificultar a saída de Agua quente pela rede de água fria.

Tabela 7.5 Dimensionamento indicado para aquecedores eléiricos de acumulacão Consumo dihrio a 70'C (litros)

Capacidade do aquecedor (litros)

Instalações de Agiu Quente

443

Tabela 7.6 Quantidades d e 6gua quente vara realizar a mistura

Consumo diiirio apmximado, de &guaquente, em litros

usos

Item

Quantidade aproximada em litros para a mistura Temperatura da mistura

Quente

-

Fria -

2

barba, lavagem de máos e rosto

10

38°C

4

6

3

lavagem

20

52°C

13

7

totais

60

42.6T

29

31

segundo a Tab. 7.5,o aquecedor deverá ter capacidade para 150 litros e a potência será de 1.25 kw. Não consideramos neste exemplo o consumo de água quente com o banho de imersão em banheira, que é da ordem de 100 1 a 40°C. O consumo diário de 174 litros de água quente a 70°C importa no seguinte consumo de energia, admitindo que a temperatura da água fria seja de 17°C:

Q = mc (t,

- t,) =

174 X 1 (70' - 17')

= 9.222

kcal

Considerando um rendimento de 90' para o aquecedor, teremos para a energia gasta diariamente

No cálculo da capacidade de energia do aquecedor poderíamos, também, proceder utilizando a clássica equação das misturas de líquidos em temperaturas diversas. Chamando de: t, a temperatura da água quente no aquecedor: 70°C: t, a temperatura da água fria: ITC: t, a temperatura da água misturada no aparelho de uso (admitamos que seja, em média, de 40-C); V, = volume de água quente no aquecedor, isto é, a capacidade do aquecedor; V, = volume de água fria misturada no aparelho; V, = volume de água morna final no aparelho, podemos escrever:

v, = v, - v, 70' . V,(17. V,)

- (17.

V,) = 40. V,

53 V, = 23 V, donde V,

=

23 . V,

Como V,

=

6 pessoas X 60 litros = 360 litros, o storage terá:

53

= 0,433

V, = 0,433 X 360

valor bem próximo do que havíamos achado.

=

156 litros,

444

rnstnlnçóes Hidráulicns Prediais e Industriais

Fig. 7 . k Dados para o balanço t é i c o .

7.13 AQUECIMENTO COM GAS Consideraremosos casos da instalação individual e da central. detendo-nos a apreciar os aparelhos nos quais se realiza o aquecimento da Lgua, isto 6, os aquecedores.

7.13.1 Aquecedores a gás individuais Os aquecedores a gás permitem o aquecimento imediato da Lgua que neles passa atravbs de uma serpentina de cobre, graças ao calor desenvolvido com a combustão do gás que sai de grande número de onficios de um tubo queimador. A Fig. 7.7 representa esquematicamente um aquecedor a gás: a Agua penetra na serpentina (S) pelo tubo A e vai aos aparelhos pelo tubo B.

.it Fig. 7.7 Aquecedor a gAs.


445

O gás penetra em C, dando uma derivação F para uma lamparina L que pode ficar acesa durante longos períodos. Uma válvula D contida por uma mola G controla a entrada de gás no queimador Q. A válvula possui uma haste em cuja extremidade há um diafragma de lâmina H, que separa as duas seções em m e n de uma pequena c h a r a . Os tubos I e J mantêm as seções m e n cheias de água. Quando os aparelhos todos estão fechados, não há circulação de água e a pressão nas duas faces do diafragma é a mesma, de modo que a válvula D não permite a entrada do gás no queimador. Apenas a lamparina ou bico piloto pode ser aceso, por ter alimentação independente pelo tubo F. Quando se abre uma torneira, estabelece-seem virtude do escoamento uma diferença de pressões entre as duas faces do diafragma, pois m e n estarão sujeitas a pressões diferentes. O diafragma então deforma-se, atuando sobre a válvula D que dá passagem ao gás, pelo tubo E, até os queimadores. A chama do piloto se propaga aos queimadores. Fechada a torneira, cessa o escoamento, restabelece-se a igualdade de pressões m e n e o diafragma e a válvula voltam a posição primitiva, fechando a passagem do gás. A regulagem da mola da válvula é importante para evitar que o fechamento muito rápido provoque sobrepressões no encanamento, com mído incômodo característico. Para evitar o risco do escapamento de gás pelo piloto, se a chama for apagada pelo vento, existe nos modernos aquecedores uma lâmina bimetálica próximo do piloto que, dilatando-se, abre passagem para o gás. Apagando-se a chama do piloto, o elemento bimetálico se resfria. contrai-se e veda a passagem do gás. Indicações para a Instalapio de Aquecedores a Gás Os aquecedores Junkers, Cosmopolita, TG-Matic, Semer e outros geralmente são localizados no compartimento onde se localizam as peças que irHo receber água quente. Pode-se instalar um aquecedor em cada banheiro, um na cozinha e um na área de semiço, para fornecer dgua quente h máquina de lavar roupa ou ao tanque e banheiro de empregada. Quando o consumo de água quente é grande, como acontece em cozinhas de restaurantes, lanchonetes etc., têm sido instalados em paralelo dois aquecedores a gás Junkers de 10 litros de dgua quente por minuto cada um. Os aquecedores são fabricados para funcionar com gás de rua ou gás engarrafado. A Fig. 7.8 apresenta indicação para instalação dos aquecedores Cosmopolita. No primeiro capítulo, Figs. 1.63 e 1.65, vêem-se os gabaritos para as saidas dos tubos de água e de gás da parede na instalaçãodesses aquecedores. Nos aquecedores Junkers as três saídas estão na vertical, afastadas 70 mm de centro acentro. De baixo paracima temos as saídas de água quente, água fria e gás, conforme se vê na Fig. 7.9. Existem dois tamanhos padronizados de aquecedores Junkers: O modelo W 125 KV. com capacidade para aquecer 375 üh e que mede 270 mm X 580 mm, e o modelo W 200 KV, com capacidade para 600 litros por hora, medindo 364 mm X 670 mm. Os dados técnicos desses aquecedores acham-se indicados na Tab. 7.7.

No sistema de produção central de água quente a igua C aquecida em um local do edifício e daí distribuída &sdiversas serventias do mesmo. Dois são os sistemas empregados para disuibuir a água quente nos edifícios: a) distribuição simples, isto é, sem circulação;

"8 Fig. 7.8 Instalação de aquecedor Cosmopolita em residência.

446

Instalações Hidráulicas Prediais e IndustriaiS

Tubo da f e m tlZ' aarn coam.. *r. . ' g

Em instalaglo de baixa prb(llao,o dibmelro do tubo da Agu. Iria ,dlive ser d. 1" com cotovelo de 1 ' ' i 112-

Nn.7.9 Indicacões vara inslalacão do aauecedor lunkem. M&IO W I ~ < K V1para gásliquefei&. Modelo W 125 KD -para gás de tua.

Fig.7.10 Aquecedor lunkcr; modelo W 125 KV (para GLP)e modelo W 125 KD (para gásdc ma). I . Parafuso. 2. Gancho ou parafuui de rosca soberba. 3. Carcqa irontal. 4. Câmara de combustáo. 5. Queimador principal. 6. Carcaca do gás. 7. Carcd~ada 6gua. R. Conexio para igua iria. 9. Conexio para o gis com registro. 10. Conexio para água quente. I I . Manipulo do regulador de gás. 12. Acesso ao b i c ~ ~ ~ i l o13. t o Carcaça . posterior. 14. Defletor de g.4~com saída para a chamink.

Instala~òesde Águo Quente

447

Tabela 7.7 Dados t6cnicos dos aquecedoresJunl Modela W 125 Características Capacidade útil nominal Capacidade nominal Vazão nominal de água: - Com sobreaquecimento de 15°C - Com sobreaquecimento de 20'C - Com sobreaquecimento de 25°C Pkssáo nominal da dgua na entrada do aquecedor para obter a vazão de 5 Vmin Ressão mínima de água para abrir completamente a válwla do gás Vazão de água com pressão mínima para abrir completamente a válvula de gás Pkssão dinâmica do gás na entrada do aquecedor Consumo de gás

W 125 GE' para GLP

W 125-GRm

125 kcallmin 150 kcallmin

125 kcaUm 150 kcaUm

8,3 Vmin

8,3 Vmin

13.3 Umin

6.25

6.25

10.0 Umin

5,0

5,O

8,0 Vmin

6,O mca

6.0 mca

6,O mca

1.2 mca

1.2 mca

1.5 mca

2,O t 0,28 Vmin

2.0

280 2 L0 nunca

70 mmca (38 +)2 Vmin (gás e potência calorífica de 3.900 kcal/m3)

0.8 kgfh (gás butano, pmpano. 11.200 kcaUkg0

plgás de rua

I 2 Vmin

Para GLP

I

3,s I0.210 Vmin 280 I10 mmca 1.3 kgfh

'GE -g&i engarrafado. GR - gás de nia.

b) distribuição com circulação. 1."caso: distribuiçüo sem circulaçüo. A instalação consiste simplesmente em uma tubulação que sai da parte superior do storage e da qual, em cada pavimento, parte uma derivação alimentando os aparelhos (Fig. 7.11). Inconveniente: ao abrk uma torneira é preciso esperar que se esvazie a tubulação do ramal até se obter água quente, o que resulta em desperdício de água. Isto porque o ramal não costuma ser isolado termicamente, havendo, portanto, uma certa dissipação de calor durante o penodo em que se deixou de consumir a água quente. 2." caso: distribuição com circulação. Nadistribuição com circulação a água quente circula constantemente na tubulação pelo princípio do termo-siíão (a água quente, sendo menos densa, tende a elevar-se), auxiliado quando necessário por bombas de circulação. Gasta-se de 10 a 15% mais de combustível para provocar a circulação da água quando não se faz o bombeamento, uma vez que a água neste caso deve ser aquecida a uma temperatura mais elevada. No sistema com circulação três modalidades podem se apresentar: 1.") Sistema ascendente; 2.") Sistema descendente ou por gravidade; 3.")Sistema misto. Vejamos sumariamente os três casos: I.") Sistema ascendente (Fig. 7.12) -a água quente, proveniente do storage, sobe pelas colunas e dá ramificações para os aparelhos em cada pavimento. Na cobertura faz-se uma derivação para o retorno da água ao srorage. 2.") Sistema descendente (Fig. 7.13) -a água dosturage vai ter a um banilete na cobertura, de onde descemprumadas que irão alimentar os aparelhos dos andares. As prumadas se reúnem no pavimento onde se acha o storage, para alimentá10 novamente com a água não consumida. Uma bomba intercalada na alimentação de água quente do banilete fornece a energia para compensar as perdas de carga e permitir uma recirculação contínua com velocidade adequada. Esse sistema é muito empregado em edificios. pois proporciona um reduzido gasto de tubulação. 3.") Sistema misto ou circuito fechado (Fig. 7.14) - é usado em grandes edifícios, mas é necessário, sempre, que os aparelhos de utilização estejam na mesma pmmada. Ligam-se os aparelhos de andares alternados à tubulação ascendente e à tubulação descendente. A tubulação de retomo é ligada ao tubo ascendente um pouco abaixo da parre mais elevada da coluna. Essa, pmlongada, desempenhará papel de respiradouro ou suspiro, na cobertura. Ligam-se as colunas de retomo a um barrilete inferior. que conduzirá a água não utilizada de volta ao storage.

448

Instalafóes Hidráulicas Prediais e Industriais

RESERV. dGUA FRIA

L G U FRIA ~

F

-.-

R

I A QUENTE

Fig. 7.11 Distribuição de Agua quenle. Sistema ascendente sem circulação.

Como sempre acontece, a água tende a seguir o percurso que menor resistência ihe oferece, de modo que, se num certo ponto de utilização a tubulação de retorno oferecer menor resistência ao escoamento do que a tubulação de abastecimento, a maior parte da água consumida passará a ser fomecida pela tubulação de retomo. Isso acontecendo, depois de um certo tempo, o consumidor irá receber água fria, ao invés da água quente desejada. Na prática, isso pode ser corrigido graduando-se convenientementeregistros das colunas e dos ramais e colocando-se válvulas de retenção um pouco acima do ponto em que as colunas se ligam ao barrilete de retomo.

Mencionamos no início deste capítulo as fontes de energia empregadas na produção de água quente. Vimos como se obtém bgua quente em instalaçóes individuais utilizando-se energia eléhica e gás. Consideraremos agora as formas mais comuns de produção de água quente em sistemas centrais coletivos.

7.15.1 Aquecimento direto da água com gás de rua ou gás engarrafado Existem aquecedores para instalação central privada (casas e apartamentos isoladamente) e centrais coletivas. Vejamos alguns tipos. A Fig. 7.15 mostra o aquecedor Thermerô, para GLP ou gás de ma, fabricado por Morgante S.A. Indústria e Com6rcio em diversas capacidades, conforme os dados indicados na Tab. 7.8. A DOMEL - Metalúrgica Ltda. fornece os geradores de dgua quente que empregam tanto GLP quanto gás de rua (Tab. 7.9).

lnstalaçdes de Agua Quente

-

FRIA QUENTE

Fig. 7.12 Dishibui$ão de água quente com alimentação ascendente.

Tabela 7.8 Dados técnicos do aquecedor a gás - Thermerô Modelo TH

PmduçHo de água a 70'C ( I = 50'C) Capacidade de depósito Capacidade de recuperaçáo (t = 20'C) Potência do queimador Tempo de aquecimento da iígua do dep5sito (t = 50'C) Consumo de GLP p/ aquecimento da água do depósito (t = 50'C) Consumo de gás encanado plaquecer a iígua do depósito (t = 50'C) Regulagem do termostato Consumo de GLP da lâmpada piloto Consumo de gás encanado Queda horária de temperam Material interno do aparelho Peso sem bgua (kgf) Peso com iígua (kgf)

60/120

7OB30

100/170

1501170

300/284

120 I/h 601

130vh 75

170üh 100

170 üh 150

284 üh 300

300 Vh 7.500 kcalh

325 7.500

425 9.800

425 9.800

710 16.OM)

30 min

37

38

55

64

325 g

425 g

570 g

800 g

1.7üOg

0.95 m3

1.24

2.61

4.95

74 L03

134 1213

38 58

1.64 45 a 82'C 3pni 0,0087 m3h 1,CC Aço inoxidável 61 120

1

(

450

Instalaçües Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 7.13 Sistema central descendente.

A empresa Aquecedores Cumulus S.A. também fabrica aquecedores semelhantes, bem como a Termus Equipamentos Térmicos Indushiais Ltda.

7.15.2 Aquecimento direto de água com óleo Os aquecedores desse tipo possuem uma câmara de aquecimento onde a chama de um queimador de óleo pulverizado aquece o ar insuflado por um soprador. O ar aquecido passa por uma serpentina imersa na agua do sioroge, a qual se pretende aquecer. Esse tipo é fabricado pela ASVO TEC com a denominação de Gerador de Agua Quente BAHAMA. A Tab. 7.10 fornece dados desse gerador de água quente. A ATA Combustão Técnica S.A. fabrica aquecedor de água aquotubular vertical, com vazões de 1.000 até 3.6W üh e fornecendo água a 70'C.

7.15.3 Aquecimento da água com vapor Em hottis, hospitais e muitas indústrias existe instalação de geração de vapor para as finalidades pr6pnas a cada um desses gêneros de estabelecimento. A produção de água quente pode ser realizada, neste caso, utilizando-se o vapor gerado na caldeira. Do bxrilete de vapor deriva-se um ramal a um reservatório, onde o vapor é misturado à água nele contida ou se conduz o vapor a uma serpentina colocada no aquecedor de água. Neste segundo caso, cedendo calor à água, o vapor .se condensa na serpentina e o condensado, recolhido, pode ser devolvido à caldeira por uma bomba de condensado. A segunda solução é preferível e quase sempre utilizada. Existem caldeiras especiais que produzem vapor e água quente, como é o caso do Gerador de vapor e aquecedor de água ATA -M5, da ATA Combustão Técnica S.A. A caldeira produz vapor, e a unidade oquecedoro-rrocadoro de calor de tipo tubular, imersa na câmara de vapor, aquece a Iigua. Essas unidades podem produzir somente vapor saturado. somente água quente, ou ambos, simultaneamente. As unidades são fabncadas para atender às demandas máximas de 125 kgfh de vapor ou 2.000 üh de água quente.

Inçtalaçdes de Agua Quente

451

Fig. 7.14 Sistema misto.

f r A ~ 0 u DE ~ ~ ~ ~ 1 , 4 6 0

DADOS GERAIS DIMENSbES (mm) TH 75/130 TH 1001170 1. Regulador de tiragem A-1480 2. Saida de Agua quente 0 3/4" B - 1330 3. Entrada de Agua fria 0 3/4" C-630 4. Registro (nHo acompanha 0 0 470 o aparelho) 5. Válvula de segurança 0 E - 100 6. Unitrol F - 570 7. Acendimento automAtico G - 280 8. Sifão (não acompanha a aparelho) 9. Base

-

1740 1560 610 470 100 570 280

Piessllo de trabalho da at6 6 kglcmz Pressão de funcionamento do queimador GLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 mm C.A. ás encanado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..80/100 mm C.A. Equipamentos para GLP Cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 de 45 kp

+

Fig. 7.15 Aquecedor Thennera TH 751130 e TW170.

452

Instalnç6es Hidrdulicas Prediais e Industriais

Tabela 7.9 Dados d a s geradoras de água quente DOMEL

Modelo

Capacidade d o depósito (1)

Produ~Zode água quente a 70'C

30

100 156 Até 448

MG-30 MURAL Estivel

(lih)

60

Ate 500 (6 capacidades) 300 Atd 800 Fabricados em

Ar

(vertical) CC-v (vertical)

600 Até 2.000 100 Atb 6.000 1.200 Até 12.000 600 Até 6.000

9 capacidades

CC-GH (horizontal) Fabricado em 5 capacidades, de 1.000 a 5.000

MH-G (horizontal)

Poténcia calorifica nominal kcaüh

20.000 Até

m . 0 0 0 60.000 Até 600.000 30.000 Até 300.000

7.15.3.1 E s c o l h a da caldeira (segundo a Nonna NB-128) A escolha da caldeira no caso de um prédio de apariamentus é estabelecida da seguinte maneira: a) Calcula-se o consumo diário de água quente do estabelecimento;

b) Determina-se a capacidade do reservatório de água quente, levando em consideração as seguintes observações: - A água no reservatório deve ser aquecida de um diferencial de temperatura de 50°C (por exemplo, de 20'C a 70°C. em -

regiks de clima temperado). A relação entre o volume teórico do reservatório de água quente e o consumo total diário pode ser obtida pelas seguintes relgões

.....

.............................. Residências grandes ........................... 113 Apartamentos para 5 pessoas ................... ............................. 115 Apartamentos muito grandes ....................................................... 117

. .

- A capacidade de reservatório é calculada multiplicando-se um consumo diário por uma dessas fraçòes aplicável ao caso. No gráfico da Fig. 7.16, entrando-se com o valor de consumo de água quente no eixo das abscissas, seguindo na reta vertical, vai-se até a reta inclinada onde se acha indicada a relação entre o volume de água acumulado e o consumo diário (113, 115, li7 etc.). - Do ponto de encontro das linhas citadas, na reta horizontal, obtem-se 3 direita a quantidade de água aquecida de 50'C em litros por hora e, à esquerda, tem-se a capacidade da caldeira em kcalhora.

Tabela 7.10 Gerador d e água q u e n t e a óleo Bahama Gerador tipo RS/RST

Capacidade nominal kcafi

BAHAMA-6 BAHAMA-10 BAHAMA-I6 BAHAMA-25 BAHAMA-40

60.000 100.000 160.000 250.000 400.000

Agua (em vazão contínua) i/h com elevação d e temperatura t

T = IO'C 5.300 8.800 14.100 22.000 35.200

Consumo de 61eo

25'C

50'C

70'C

2.100 3.500 5.600 8.800 14.100

1.050 1.700 2.750 4.300 6.900

730 1.200 1.950 3.050 4.850

i
Energia elbtica kw

Instalações de Água Quente

CONSUMO DE ÁGUA QUENTE

-

453

litros/dia

Fig. 7.16 Capacidade de caldeiras de óleo. Volume do reservatório de água quente.

Consultando-se os catálogos dos fabricantes de caldeiras, escolhe-se o tipo comercial de capacidade igual ou imediatamente superior ao valor encontrado, caso a caldeira se destine unicamente ao aquecimento da água. Se, como geralmente ocorre, a caldeira fornece vapor para outras finalidades, à capacidade necessária para essas finalidades se acrescenta a necessária para produzir água quente. - O volume real do reservatdrio onde 6 acumulada a água quente (storage) 6 obtido multiplicando-se o volume teórico calculado pelo fator 1,33.

Exemplo Suponhamos um prédio de 38 apartamentos de tamanho médio, com 5 pessoas por apartamento. - Consumo diário: 38 X 5 X 60 Vdia = 11.400 Vdia - Volume teórico do resewatótio (storage)

- Volume real do sforage

- volume de água aquecida

Com o valor de 11.400Vdia. usando a reta referente ao valor 115, obtemos, h direita do grhfico da Fig. 7.16, 1.090mora de água aquecida de um diferencial de 50°C.

454

Instalaç&s Hidrkulicas Preddiais e Industriais

- Capacidade da caldeira ou do aquecedor a 61eo obtemos 54.000 kcalh para a caldeira, somente para atendér à produção de água quente. A Fig. 7.17a representa um esquema simplificado de instalaç5o típica de casa de caldeira, de um edifício com 12 pavimentos e dois apartamentos por pavimento, empregando uma caldeira a 61e0, um aquecedor à serpentina e um storage de água quente. A esquerda do gráico,

dL C&

LEQENOA caar~izsc6ra

Fig. 7.17a. Inslalação cenual de 6gua quente. Edifíciode 12 pavimentos, 2 apartamentos por andar. Casa de caldeira,

7.15.4 Consumo de 61eo nas caldeiras Os catálogos dos fabricantes de caldeiras indicam o consumo de 6Ieo combustível de baixo ponto de fluidez (BPF), com baixo teor de parafina. Admitem, em geral, como valor do poder calm'fico do 61e0, 10.MM kcal por kgf de 61e0, variando o valor do rendimento conforme o tipo de caldeira. Assim, por exemplo, a caldeira Gevaco tamanho 100produz 844.000 kcalh. O consumo é de 100kgf de 61w, por hora. , Assim, seu rendimento é de:

A caldeira COMPAC modelo CPA. de 1.000.000 kcalh. consome 120 kgf de 61w por hora a plena potência. Seu rendimento é de aproximadamente 84%. Enconwamos valores semelhantes para as caldeiras da Tenge, da ATACombustão, da Aalborg-Pontin e outras mais.

O cálculo compreende a determinação das seguintes grandezas: 1.7 capacidade do storage e da potência calorífica da caldeira; 2.3 diâmem das tubulações de distribuição.

7.16.1 Capacidade do storage e da potência calorífica da caldeira O storage deve acumular uma quantidade de água quente tal que durante o período de consumo máximo não venha a faltar 6gua quente. É claro que, enquanto se está consumindo água, a caldeira continua fornecendo calorias que vão sendo transferidas à água do storage. Deve-se levar em consideração que a água quente é utilizada a 40'C e que no siorage ela é aquecida a 65°C ou mesmo a mais de 80'C, conforme as condições climáticas locais. A graduação da temperatura de uso é feita, como vimos, nos aparelhos, pela mistura com a água fria. Note-se que antes de começar a utilização de água quente, pela manhã, dispõe-se de um período de 2 horas para efetuar o primeiro aquecimento da água do storage. Naturalmente, quanto maior for o tempo que se admitir para esse primeiro aquecimento, tanto menor deverá ser potência calorífica da caldeira.


455

Não resta dúvidade que a determinação do consumoe de suaduração não é fácil de fazer com exatidão em certos casos, como nos apartamentos, hotéis e hospitais. Em outros casos, como nos colégios, pela maneira como funcionam esses estabelecimentos e seu efetivo, pode-se calcular, com certa precisão, o consumo médio e o tempo de duraçáo da demanda máxima. Vejamos, pois, como se procede em cada um desses dois tipos de edifícios empregando um método clássico, pois já mostramos como proceder pelo cálculo simplificado aplicável a prédios residenciais. 1."caso: prédios de upariumentos e hotéis. Para esses casos adota-se a regra prática de dar para o storage uma capacidade suficiente para a utilização de todos os aparelhos instalados, como se funcionassem apenas uma vez cada um. Pode-se admitir, como já dissemos, que cada pessoa consuma por dia cerca de 60 1de água quente. A potência da caldeira deverá ser tal que possa aquecer a água do storage. elevando sua temperatura, digamos, de 15" a 65°C. Misturando-se com a água fria dos aparelhos, obteremos água a 40°C. Chamemos de: A o volume de água a 40"C, consumida em todos os aparelhos em uma só utilização; V o volume de água a determinar para o storage na temperatura de 65'C. A equação das misturas de um mesmo líquido nos dá:

A caldeira deverá proporcionar durante o período de aquecimento as calorias C necessárias para elevar a temperatura da água a 15' a 65'C. C,,, = V . (65 - 15) Supondo-se, como geralmente acontece. que haja duas horas disponíveis para efetuar o aquecimento, a potência calonfica em kcalhora da caldeira será:

A esta quantidade deve-se adicionar 15% para compensar as perdas de calor ao longo das tubulaqões. Exemplo: suponhamos um prédio de 38 apartamentos contendo, cada um, banheira, lavatório e bidê. Não é necessário levar em consideração os outros aparelhos (pia de cozinha, tanque etc.), pois sua utilização ocorre em horas do dia diversas das do consumo nos banheiros. Admitiremos para cada utilização dos aparelhos as seguintes quantidades de água a 40'C: Banheira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .401 . Lavatório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1 . " Bide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Chuveiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 88 1 por apartamento Para todo o prédio: 88 X 38 = 3.344 1 a 40°C. Da e q u q i o das misturas tiramos para o volume do storage:

Admitindo um penodo de 2 horas para efetuar o aquecimento, teremos para potência da caldeira em kcaühora (incluindo 1 5 6 para perdas):

Consultando os dados dos fabricantes pode-se, então, escolher a caldeira. Para hotéis e hospitais, pode-se proceder de maneira análoga. Nestes casos também não é preciso levar em conta a água quente gasta na cozinha e na lavanderia, pois os serviços nessas dependências não ocorrem simultaneamente com a máxi-

456

Instalacòes Hidráulicas Prediars e Industriars

ma utilização pelos hóspedes e, muitas vezes, usa-se uma caldeira ou aquecedor independente para cozinha e lavanderia, o que, aliás, é recomendável, pois a temperatura de utilização da água para essas serventias é mais elevada. 2." caso: colégios internos e estabelecimentos análogos. Nestes casos sabe-se com bastante exatidão o tempo de duração da demanda máxima, ou pique, e a quantidade de água que será consumida. A água quente se destina geralmente a chuveiros e lavatórios, cujo horário de'funcionamento costuma estar perfeitamente regulamentado nesse gênero de estabelecimento. Suponhamos, como fizemos anteriormente, que a água dos aparelhos vá ser utilizada a 40' e que no storage estará a 65'C. Um raciocínio simples indicará o volume e a potência da caldeira. Chamemos de: V a capacidade do storage em litros. P a potência calorifica da caldeira em kcalhora. m o tempo disponível para se efetuar o aquecimento da água ate que os aparelhos comecem a funcionar. n o tempo de duração do funcionamento dos aparelhos. k quilocalorias recebidas pela quantidade total de água gasta nos aparelhos durante o tempo n para passar de 15' a 65°C. r a temperatura da água que alimenta a instalação: suponhamos, de 15°C. r' a temperatura máxima atingida pela água no storage; suponhamos que seja 65'C. P a temperatura que a água deverá ter no fim do tempo n. A medida que se vai gastando a águaquente, idêntica quantidade de água penetra no srorage, e é evidenteque no fim do tempo n em que os aparelhos funcionarem a temperatura da água do storage não pode assumir valor inferior a 40°C, pois abaixo deste valor não seria utilizável nos aparelhos. Logo, i' = 40' (temperatura no fim do tempo n). Se a instalação funciona bem, as calorias cedidas pela caldeira à água durante o tempo (m + n) serão precisamente a soma de calorias que a água consumida nos aparelhos receberá durante o tempo n, mais a que receberá a água consumida no storage (que no fim do tempo n continuará cheio), para passar da temperatura r a f". Exprimindo isto por uma equação, teremos:

Por outro lado, durante o tempo m, aquece-se a água do storage até atingir o máximo t r (isto é, 65°C). Logo, durante o tempo m, as calorias recebidas pelo volume V do slorage, para passar de 15' a 65°C serão iguais às cedidas à água pela caldeira de potência calorifica P durante esse tempo. Isto é:

Para achar k, multiplica-se a quantidade de água consumida por (40' - 15"). Essas duas equaçóes, contendo as incógnitas Ve P, constituem um sistema que permite determinar os valores das mesmas. Ao valor de P convém acrescentar 15% para atender às perdas de calor através das paredes das canalizações e do srora-

,v.

Exemplo: determinar a potência calorifica da caldeira de um colégio com 150 alunos, em que há 15 chuveiros e 30 lavatórios. Admitamos que apenas 2/3 dos alunos tomem banho quente e que o banho se passe em duas turmas (pela manhã metade dos alunos toma banho, enquanto o restante utiliza o lavatbrio, e à tarde os que não tomaram banho pela manhã virão a fazê-lo). Vamos supor que o tempo do banho para cada gmpo de 150 X 213 X 112 = 50 alunos seja de 30 minutos. Adotando para consumo em cada hanho de chuveiro 30 litros de água a 40°C e para o lavatório 10 litros, teremos:

Chuveiros: 50 X 30 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.500 I Lavatórios: 100 X 10 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.0001 Total de litros a 40'C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.500 1 As calorias k para aquecer a água de 15" a 40' serão:

k

=

2.500 (40 - 15) = 62.500 kcal

Admitamos que foi previsto um tempo m de 2 horas para que a caldeira comece a funcionar, aquecendo a água, até o instante em que irão funcionar os aparelhos. Assim: k = 62.500 kcal m = 2 horas n = 0.5 hora (30 minutos) Apliquemos as expressões anteriores:

Jnstalaçaffide Agua Quente

457

Substituindo pelos valores referentes ao caso, teremos:

Donde tiramos: V = 1.667 e P = 41.666 kcalh Levando em conta a perda de 15%. acharemos para a potência calotifica da caldeira P = 41.666 + (0.15 X 41.666) = 47.916 kcalth

Como a potência calotifica é pequena, em vez de caldeira é mais conveniente usar um aquecedor ou gerador de bgua quente. Poderíamos escolher, por exemplo, um aquecedor Domei - modelo CC-60 Vab. 7.9) OU um Bahama tipo RSRST-6 (Tab. 7.10)

-

7.16.2 Dimensionamento dos encanamentos de água quente Os processos a adotar são os mesmos aplicados para o caso da rede de água hia, sendo comumente empregados para os ramais e as colunas os m6todos baseados no conrumo m6ximo pmvável. O consumo dos aparelhos pode ser adotado como para o caso da água fria, no dimensionamento dos sub-ramais. Quando se tem uma instalação com circulaçao é necessário verificar se efetivamente a água quente realiza a circulação, sem o que haverá fornecimento de bgua em uma temperatura insuficiente em certos trechos da rede. Considera-se o circuito fechado formado pelos ramos ascendente e descendente e admite-se que toda a descarga circula por eles quando todos os aparelhos estão com as torneiras fechadas. Evidentemente, para que se estabeleça a corrente da circulação, é necessário que haja suficiente diferença de temperatura entre os ramos ascendentese descendentesou que uma bomba forneça àágua aenergia para vencer as perdas de carga no encanamento. Examinemos o caso do sistema com circulação descendente. Chamemos de Q a descarga m o r a ) que circula no encanamento partindo do storage, e de:

r, a temperatura da bgua no storage, igual a 65°C; I,

a temperatura da água ao chegar ao barrilete superior, igual a 60'C;

r, a temperatura do ar atmosférico exterior aos encanamentos; S a superfície do ramo ascendente do encanamento;

Flg 7.17b Instalação com alirnentaçáo ascendente

458


K o coeficiente de transmissão do calor através do isolante térmico do encanamento; t, a temperahua com que a bgua volta ao storage = 4WC; S' a superfície exterior do ramo descendente do encanamento. Para o ramo ascendente podemos escrever que as perdas de calor através do mesmo na unidade de tempo são aquelas que sofre a água que por ele circula, o que se traduz pela expressão:

donde se tira para o valor da descarga:

Para que essa descarga se processe na tubulação ascendente, é mister que haja uma certa carga hidráulica ou potencial hidráulico, H, o qual é originado pela diferença de pesos entre água fria e quente, respectivamente no ramo descendente e ascendente. Chamemos de h o desnível entre o banilete superior e o centro do storage. A carga H, para fazer face is perdas de carga no encanamento todo, é dada por

H, = h . (d, - d'.), sendo d', = densidade da água no storage, e do = densidade da água no banilete. A Tab. 7.11 fornece os valores de dapara várias temperaturas. Se o valor de H, for insuficiente para estabelecer a descarga Q com uma velocidade da ordem de 1,s m c ' , será necessáno intercalar uma bomba centrífuga no ramo ascendente. A altura manométrica da bomba (ou, mais corretamente, a altura útil de elevafão da bomba) adicionada à carga H, deverá ser igual ao valor da perda de carga total, para a descarga Q e velocidade v. Como sabemos, no sistema que estamos considerando, o ramo ascendente alimenta diversos ramos descendentes através do harrilete. A descarga Q subdivididapelas várias pmmadas, após dar as contribuições aos aparelhos, tem o seu saldo recolhido por um banilete inferior antes de retomar ao storage. Na parte superior de cada ramo descendente coloca-se um registro para o controle da descarga e regulagem final da instalação. Exemplo Suponhamos um edifício de 12 pavimentos com instalação central de água quente. O sistema de distribuição é descendente, com duas colunas de descida de água e uma coluna que conduz a água ao banilete na cobertura (Fig. 7.18).

Tabela 7.11 Densidade da 6gua e m diversas temperaiuras

Temperatura ('C)

Densidade d.

o

1,000

5 10 15 20 24 28 30 35 40 45 50 60 65 70 80 90 100

1,000

1,000 0,999 0.998 0.997 0,996 0,996 0,994 0,992 0.990 0.988 0.983 0.981 0,975 0,972 0,962 0,958

1nstalaçõeç de Agua Quente

459

Fig. 7.18 Diagrama vertical da ikstalagfio de um prédio de 12 pavimentos

Em cada pavimento há dois apartamentos, com 2 banheiros e cozinha, podendo funcionar simultaneamente em cada apartamento um chuveiro, um lavatório e a pia de cozinha. - Desnível entre o barrilete e o centro do storage: h = 42 m. - Temperatura da água no storage: t, = 70'C. - Temperatura de bgua no banilete superior: t, = 55°C. - Desnível entre a água no reservatório superior de água fria e o barrilete de água quente: h' = 2 m. - Comprimento da tubulação de água quente entre o storage e o banilete: &, = 5 2 m. - Comprimento da tubula~ãodescendente até o storage &, = 56 m. Para que a água quente desça do hanilete pelas colunas AQ-1 e AQ-2 é necessário que no hamilete reine uma pressão estática, capaz de vencer as perdas de carga ao longo das duas colunas e do banilete inferior até o storagc. Essa pressão estática h. resulta do desnível h' da água na caixa de bgua fria em relqão ao banilete e da pressão resultante da diferença de densidades da água nas temperaturas t , = 70'C no storage e t, = 55'C no banilete. A altura representativa da diferença de densidades ou energia ascensional devido A diferença de densidades é:

H, = h (&,V - d,,)

= 42 (0,985 - 0,975) = 0,42 m

Entre o ponto D e o ponto G,ocorre uma perda de carga J,,,, igual a 2% de h, isto é: J,, = 0.02 X 42 = 0.84 m. A pressão estática no banilete é, portanto,

que, numa primeira aproximação, podemos admitir como

Para atender à pressão necessária ao chuveiro, o desnível existente entre o banilete e o chuveiro é de 1,35 m. A pressão mínima para o chuveiro é de 0,50 m, sobrando 1,35 - 0,50 = 0,85 m para as perdas entreA e E . A pressão estática h. = 1,58 m deverá poder equilibrar a alNra representativa das perdas de carga ao longo da tubulação, num movimento ascendente da água e no retomo, para que o escoamento se faça sem bombeamento. Isto deve poder realizar-se quando náo houver consumo nos aparelhos e, portanto, com toda a descarga circulando em circuito fechado. O comprimento da tubulação será a soma de tr&sparcelas: - ramo ascendente e, = 52 m (comprimentoreal) - m o descendente 8, = 56 m (comprimento real) - comprimento equivalente As perdas de carga. Num cklculo preliminar, pode-se considerar que essas perdas representem um acréscimo virtual no encanamento da ordem de 30%. Assim, 1,.

= 0,30 (52

+ 56) = 32,4 m

460


O comprimento total será

Temos que calcular a descarga que percorre o encanamento principal. A vazão Q neste encanamento se divide, por hipótese, igualmente nos dois ramos descendentes. Suponhamos que, em cada pavimento e para cada ramo descendente. tenhamos o consumo indicado no quadro abaixo: Pesos

Peças em íuncionamento simultâneo

Chuveiro Lavatório Pia de cozinha

0.5 0.5 0.7

Total

1.7

Para cada pavimento, como temos duas oolunas, derivadas de uma. o peso será 2 x 1.7

Pavimentos 1

2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12

= 3,4

Pesos

Pesos acumulados

VUZO (US)

3,4 3.4 3,4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3,4

5.4 6.8 10.2 13.6 17.0 20.4 23.8

0.55 0.78 0.96 L10 1,24 1.35 146 1,56 1,66 1.75 1,83 1.91

27.2 30,6 34,O 37.4 40.8

Temos que considerar a vazão total, que é de 1.91 Us. Para que o escoamento da Agua quente nas colunas possa realizar-se sem bombeamento, a perda de carga no máximo poderá ser igual a:

Admitamos a instalação executada com tubos de cobre. No ábaco de Fair-Whipple-Hsiao. com os valores J = 0,0112 mim e Q = 1,90 Us,achamos o diâmetro de 2 112" e velocidade de 0,72 mis. Se fixamos, por economia, o diâmetro do mbo de cobre em 1 112". acharemos para a descarga Q = 1.91 Vs, os valores J' = 0,065 m/m e v = 1,50 m . s-I (valor aceitável).

Essa perda de carga, menos a altura h, = 1.58 m, corresponde ao valor da altura manométrica que a bomba deverá ter. Para elevar a água ao barrilete superior atuam, de faro, a pressão devida ao desnível entre a caixa de Bgua fria e o bmilete, menos as perdas de cargas J,, e a energia fornecida pela bomba para superar as perdas de carga. A altura manométrica será, pois,

A potência do motor da bomba, supondo rendimento total 7 = 0-35, será:


461

Como a bomba irá trabalhar em regime de muitas horas, convém que o motor seja escolhido com folga. No caso, a potência mínima seria de lL2 cv. Sendo a tubulação ascendente de 1 ll2". as duas descendentes poderão ser de 1 114". procedendo-se ao controle das vazóes nas colunas com o auxilio de registros. A margem para as perdas de carga entre A e B (Fig. 7.19) ser& h, 1,35 - p chuv. = L,58 + 1.35 - 0.50 = 2,43 mca, o que 6 folgado.

+

Fig. 7.19 Diagrama da instalação de Agua quente para o banheira no último pavimento.

7.17.1 Material dos encanamentos Os encanamentos, de preferência, devem ser de cobre recozidocom conexõesde bronze ou latão de fabricaçãoYorkshire, Nibco ou similar. Os tubos e conexões de PVC não devem ser empregados para água quente, pois possuem elevado coeficiente de dilatação linear (0,00075 d C ) ; amolecem a 1WC; e a 60°C sua pressão de serviço é de apenas 2 kgf/cm2.O tubo de ferro maleável galvanizado, embora seja empregado. apresenta pouca resistência A corrosão.

7.17.2 Dilatação dos encanamentos Deve-se levar em conta a dilatação dos encanamentos sob o efeito do calor nas instalações de água quente. permitindo que a dilatação se dê livremente e sem obstáculos a fim de evitar que ocorram tensões internas no tubo e empuxos consideráveis. Notemos que o coeficiente de dilatação linear do aço é de 0,000012 m por metro por 'C, e o do cobre recozido C de 0,000017 m por metm por "C. Suponhamos uma tubulação de água quente com 70 metros de comprimento submetida a uma variação de temperatura de W C . Se a tubulação for de aço galvanizado, dilatar-se-á de 70 X 60 X 0,000012 = 905 m. Sendo de cobre, a dilatação será de: 70m x 60" X 0,000017 = 0,071 metro. Como se observa, a dilatação é considerável e oferece riscos h segurança da instalação, se não forem tomadas precauções especiais.

462


Fig. 7.20 Loops de dilataç?io

Para atender ao efeito da dilatação nas tubulações pode-se usar um dos seguintes recursos:

,1. Usar um traçado não-retilíneo para a tubulação. isto é, realizar desvios angulares no plano ou no espaço de modo a

dar ao tubo condições de absorver as dilatações. Para isso, pode-se usar uma das soluções da Fig. 7.20. Em qualquer dos casos, um dos ramos deve ser ancorado e o outro deve poder deslocar-se o mais Livremente possível. Usando tubo de cobre e conexóes de latão pode-se, pela Tab. 7.12 da publicação de Mueller-Brass Co., obter as dimensões a serem dadas ao loop, quando se conhece a dilatação e o diâmetro do tubo. Exemplo: se o tubo for de diâmetro externo de 2 1/8" e a dilataçãofor de 71 mm (arredonda-se para cima, isto é, para 3") obtém-se para L o valor de 38" (96.5 cm). 2. Em trechos retilíneos longos, fazer um loop ou colocar uma peça conhecida como lira. 3. Havendo pouco espaço para realizar o loop, usar juntas de dilatação especiais, de que tratamos no Cap. 9. sobre Instalações de Vapor. 4. As tubulações de água quente devem poder dilatar-se sem romper o isolamento térmico. Deve-se evitar embutir as linhas alimentadoras principais na alvenaria. Sempre que possível, deve-se instalá-las em um nicho ou em um shafr de tubulações.

7.17.3 Isolamento dos encanamentos Os encanamentos -que, de prefer&ncia,devem ser de cobre ou de ferro puro especial -devem ser isolados com material de baixa condutibilidade térmica, afunde ngo dissipar o calor antes da água atingir os sub-ramais.

Tabela 7.12 Dimensões do loop para absorver diversos valores do deslocamento

Instaiaçóes de Agua Quente

463

Empregam-se os seguintes materiais no isolamento dos encanamentos, quando tenham mais de 5 meuos de comprimento: a) Produtos à base de vermiculite (mica expandida sob ação do calor). b) Lã de rocha ou lã mineral - sílica, em fios. E bom material, mas de manuseio perigoso. C)Silicato de cálcio hidratado com fibras de amianto, como os fabricados pela Temporal S.A., pela Calorisol S.A. e outros. É um material excelente e muito empregado, sendo especificado na Norma P.N.B.-141. d) Silicato de magnésio hidratado. Bom isolante, mas tem cedido lugar ao silicato de cálcio hidratado. Possui fraca resistência à umidade. Os produtos isolantes são fornecidos sob a forma de calhas que se adaptam aos tubos. Nas conexões e válvulas emprega-se argamassa sobre tela recobrindo as peças, ou aplicam-se mantas do mesmo material. A camada de isolamento térmico pode ser protegida com pano de algodãozinho, o qual deve ser pintado depois. Quando a tubulação for instalada em locais úmidos, pode-se protegê-la com uma película de alumínio adesiva Jactecnic, por exemplo, o que dá excelente acabamento, além da vantagem que o próprio material oferece. Outra solução consiste em recobrir as calhas isolantes com papelão betuminoso Krafl colado a folhas ou lâminas finas de alumínio. O material de revestimento é preso às calhas com braçadeiras ou cintas com presilhas. A espessura das calhas isolantes no caso de água quente é geralmente de 1" para tubos'de até 3". e de 1%"para tubos de 4". 6" e 8".

7.18 AQUECEDORES COM ENERGIA SOLAR A utilização da energia solar no aquecimento de água vem sendo realizada há várias décadas e em muitos países do mundo. O elevado custo das formas de energia convencionais despertou especial interesse no aproveitamento dessa forma de energia, que exige um investimento inicial em equipamentos que8 compensado pelo fornecimento energético sem problemas e gratuito, pelo sol. A energia solar aproveitável é função do tempo de insolação, em média de 6.5 a 7 horas diárias na região Centro-Sul do Brasil, alcançando valores mais elevados na Região Nordeste. Pode-se dizer, pois, que o aquecimento solar útil se realiza durante cerca de 2.372 a 2.555 horas, anualmente. Tem-se, portanto, necessidade de aproveitar bem essas horas de insolação captando a energia solar. transferindo o calor para a água e armazenando-a para sua utilização, a qualquer hora. Para a situação decorrente de vários dias sem insolação ou com insolação insuficiente, recorre-se a reseniatórios bastante grandes, com isolamento térmico de boa qualidade. Pode ser necessário um aquecedor auxiliar que utiliza energia convencional, para suprir situaçóes de falta de insolação por períodos excepcionalmente grandes. O equacionamento do problema deveria ser o de utilizar a energia solar como aquecimento normal da água onde for possível, e sempre que possível, e o aquecimento eKtrico ou com combustível como auxiliar. e não o inverso. As limitações de espaço nas cobernuas de residências e edifícios multirresidenciaise comerciais, além das implicações do ponto de vista arquitetônico, podem, entretanto, dificultar ou mesmo impossibilitar a instalação dos aquecedores nas dimensões que estes devem ter para se constituir no elemento essencial do sistema principal de aquecimento. Circuito básico Uma instalação de aquecimento de água com energia solar consta essencialmente de (Fig. 7.21a): a) um aquecedor, chamado também captor, captador ou colefor solar, que absorve a energia radiante dos raios solares aquecendo-se e transferindo o calor para a água contida em um conjunto de tubos que constituem uma espécie de serpentina;

_

.lli0.

sl*"COISdVO

7.2la Sistema solar. Instala$ão em telhado para funcionamento em temo-sifão. Espectro Solar Tecnologia em

464

Instalações Hidráulicas Prediais e lndustriaiç

Renarvotdrio de dgua t r i o

P

Aquecedor aolor

Banheiro

Fig. 721b Instalação mista: aquecedor solar e aquecedor eletnco sem retomo.

b) reservatório de acumulação da água aquecida, isto é, um storage; C) tubos e acessórios para estabelecer a vinculação entre o aquecedor e o reservatório; d) bomba de circulação, quando a circulação por convecção for insuficiente para alcançar o nível de temperatura desejado. Existem sistemas em que, com adequada circulação e, naturalmente, com boa insolação. um aquecedor de boa qualidade consegue elevar a temperatura da água acima de 80°C. A água do reservathio de água quente alimenta um sistema de distribuição de um dos tipos que foram descritos. Para a realização da circulação adequada pode ser necessária, como vimos, uma bomba de pequena potência. Em instalações de pequeno porte pode-se dispensar o aquecedor auxiliar que mencionamos, desde que uma eventual falta de água quente seja suportável. Existem instalações residenciais que possuem, além de instalação de águaquente com aquecedor a gás de rua ou GLP, uma instalação de aquecedor por energia solar cuja utilização redunda em economia de gasto de combustível e cujo desligamento, portanto, não provoca a intempçáo no fornecimento de água quente. i 0 água quente, obtida pela energia solar, sejam introduzidas resistênAlguns projetistas sugerem que no r e ~ e ~ a t ó rde cias elétricas que possam melhorar as condições de temperatura da água em períodos longos sem insolação ou, até mesmo, substituir o aquecimento solar nas emergências. É o que mostra a Fig. 7.21b, e que se costuma denominar instala~ãomista. Na Fig. 7.22, além do reservatório de água quente (2), temos um aquecedor auxiliar (7). a eletricidade ou a gás. Esse aquecedor auxiliar, que é também um storage, operará eventualmente numa situação de ocorrência de vários dias sem adequada insolação e deverá aquecer a água, que ficará acumulada em capacidade suficiente para o atendimento nesses períodos. A Fig. 7.23 representa o esquema de uma instalação de água quente com aquecedores de acumulaçãoelétricos ou a gás, localizados em cada apartamento, podendo ser utilizada água quente obtida com coletor solar na cobertura. A água do reservatório de água quente da cobertura poderá dispensar o aquecimento das unidades nos apartamentos ou permitir a redução de consumo de eletricidade ou combustivel. conforme a capacidade do coletor solar e as condições de instalação. No inverno, em períodos sem sol aparente ou chuvosos, pode-se ter que recorrer ao aquecimento das unidades centrais privadas. Alguns construtores, obedecendo a sensatas recomendações, quando não executam desde logo a instalação do coletor e do reservatório tal como os representamos, deixam as tubulações e os espaços previstos para, na oportunidade. completar a instalação. Temos dado ênfase ao aquecimento de água para uso nos aparelhos sanitários ou de lavanderia e cozinha. É bom lembrar que a água quente também pode ser utilizada na climatização de ambientes, com a instalação de radiadores para aque-

Instalaç8es de &ua Quente

465

RAIOS SOLARES

: : -c

r- - - - --,

RETORNO DE

Fig. 7.22 I . Captor ou coletor. 2. Reservatório de Agua quente. 3. Reservatório de Ama fria do médio. 4. Bomba de circulacão de Ama

"

quente. sistema dcsccndcnte. 5. Bomba e\entualme"te empregadana circulqão da &a entre coictor i1) e o nscrvatório;2).h. vula dc segurança. 7. Aquecedor auxiliar a elemcidade ou a gis.

Wi

cimento do ar e com o emprego de resfriadms de ar tipo absorção no verão. 6 o que mostra a Fig. 7.24, adaptada da publicação Energy Resources and Technology, 1975, p. 10 - Aoatomic Industrial Forum. O diagrama da Fig. 7.24 nos mostra que o coletor (1) aquece a água do reservatário (2), a qual, pelo banilete (3). 6 conduzida hs colunas de água quente ate os pontos de consumo. O mesmo barrilete (3) alimenta os aquecedores ou radiadores de ar (5) no inverno, para aquecimento do ambiente, ou o resfriador de ar tipo absorção (6)no verão, para resfriamento do ar ambiente. A bomba (7) recalca a água de volta ao reservatório (2). Quando necessário, complementa-seou efetiva-se o aquecimento da água do reservatório (2) com o aquecedor auxiliar (4). Sistema de absorção para resfiimento da dgua, aproveitando a energia solar. No sistema de absorção continua (Fig. 7.25). no interior do chamado gerador ( I ) existe uma solução absorvente-refrigerante de alta concentração, em geral amônia (NH,)e água. A solução é aquecida pela água proveniente de um aquecedor (2) que, por sua vez, opera pela ação do aquecedor solar (3). Sob o efeito do calor, o líquido refrigerante se vaporiza. No condensador (4) os vapores de amônia formados no gerador (1) se condensam a uma pressãop por meio de água de resfriamento na temperatura ambiente T,. Uma válvula de expansão termostática (5) permite que, passando do condensador (4) e chegando ao evaporador (6), a amônia se vaporize. A amônia sob forma de vapor fica em contato com a água no evaporador, um recipiente onde fica a serpentina no interior da qual passa a água que se pretende resfriar. A vaporização se faz retirando calor da igua, conforme vimos no Cap. 6. Depois de passar pelo evaporador (6) o vapor de amônia numa pressão p, chega ao absùrvedor (7), onde existe água que absorve os vapores de amônia formados no evaporador, o que faz com que a amônia se liquefaça. Como a liquefação é exotérmica, há necessidade de retirar calor da solução no absorvedor, o que se faz com água de resfnamento. A soluçáo concentrada de amônia e água é bombeada de novo ao gerador, onde o ciclo recomeça.

466


RESERVAT~RI? SUPERIOR DO PREDIO

Fig. 7.23 Instalaçáo de dgua, em edifício, com aquecimento elétrico e por energia solar.

Compreende-se que uma instalação dessa natureza tem certa complexidade e é de custo apreciável. Entretanto, o que pode representar em economia de energia em instalações de tipo frigorífico, em locais onde a insolação é muito intensa. justifica o interesse que a mesma tem despertado. Aquecedor solar. Trata-se do elemento fundamental do sistema de aquecimento. É chamado também de coletor solar ou captor de energia solar. Há vários tipos de aquecedores, alguns patenteados. Um muito comum consta de uma chapa de cobre ou alumínio pintada de preto em uma das faces. Naoutra face são adaptados tubos, no interior dos quais pode circular a bgua. As extremidades dessa serpentina de tubos são ligadas por encanamentos ao reservatório de acumulaçáo de água quente.


467

Solar

Fig. 7.24 Diagrama esquemi4tico de climatização de ambiente mediante niergia solar. remaMno supiior

NH,.

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Fig. 7.25 Sistema de absorção continua, utilizando aquecedor solar.

468

Instala~õesHidráulicas Prediais e Industriais

c-

LIARRILETE COLETOR DE dGUA QUENTE --c

s ~ i o nDE

A'GUA QUENTE

NOULO DA LATITUDE

ENTRADA

-

-ENTRADA DE ~ G u AFRIA

Fig. 726 Aquecedor solar para &@a, improvisado, usando calha de cimento-amianto

A face negra da chapa, em certos aquecedores, é recoberta por placas de vidro (em geral duas) separadas por gaxetas de silicone branco. O vidro retém a radiaçáo infravermelha, impedindo a dissipação do calor para o exterior e elevando, por conseguinte, a temperatura no sistema constituído pela chapa e tubos de água. As Figs. 7.26 e 7.27a mostram aquecedores solares tais como os que acabam de ser descritos. Existem aquecedores de fabricação nacional, entre os quais o Captor de Energia Solar LS85720, da Aquecedores Cumulus S.A. A Faet -FAbrica de Aparelhos Eleho-T6dcos S.A., fabrica e monta instalaçóes completas Solaris, de grande capacidade. A Espectro Sol executou para a AlbrAs Alunorte, no Pará, a instalação para 300 casas, com 1.OM) mZde área de coletores e 60.000 i de capacidade, e para a Light Rio, a maior instalaçáo de água quente industrial do país.

RAIOS

SOLARES

PLACAS

MASTIQUE DE

Fig. 7.278 C a i e de uma calha de coletor solar improvisado.

Instalaçdeç de Agua Quente

Fig. 727B Captor solar modelo comercial.

PRADO, Luiz Cintm do. Energia solar: problemas envolvidos. Rcv. Prob. Brasileims, Junho. 1980. AVIAL Mmiaoa Rodngues. Instalocione8 en 10s ediflcior. Editorial D o s a , S.A. 1950. GAY & FAWCETT. Mechanical and skcrncal equiprneni for buiidinps. lohn Wiley & Sons, Inc. GALLIZIO, Angelo. Imrnlacionrs sanitárias. Hoepli. Editorial Científico-Médico.Barcelona, 1964. CREDER Helio -Insrolaçdes hidrdulicos e snnirdriar. LTC - Livros Tecnicos e Cientificas.Editaa Ltda. Rio de lancim, 1978. CARDÃO, Celso -Insiohçóes domicilinres. Edições Arquitem e EngcnhMa - Belo Horizonte. 1966. GOLDENBERG, Jose -Energia no Bmsil. LTC - Limos Técniws e Científiws Ltda. Rio de Jancim, 1979. GUWIAS, Charles -Le ChauffageCentral. Dunod. 1957. HALACY IR., D.S. -Energia solar. U m nova era. Editora Culaix, São Paulo. 1966. 1979. LCRA. A. E g p n . Soiarencrg) jordoncsric karinp Mdcooling. Pergamon h«, SILVA. Remi Bmdito Imralo~õesfn~odficos. Puhlicqbdo Crimio Pulittcniro da EPUSP. 1960. MARTZ. Chrisiolihcr Wrlls .Xiil*r c n r r-. x r rourcr kr>k Solar E n e r ~ vInitiiutr
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Ata -Combustáa Técnica S.A. Morganh S.A. - Indúsaia Metalúrgi~aThermem, Porto Alegre. Mecânica Fravo - Aquecedores de Agua Central e Gás, São Paulo Aquecedores Cumului S.A. - Indústria e Combmio S.A.. São Paulo. TENGE Indústria Ltda., São Paulo. Companhia Paulista de Caldeuas COMPAC. SHo Paulo. H. Bremcr & Filhos Ltda, Santa Catanna. Hoffman Pancosmra Máquinas Ltda. - Caldeiras. São Paulo. Adborg - Pontin Caldeira S.P.., IN, SZo Paulo. DOMEL Mctalú~eicaW.. . SgO Paulo. TEKMUS - Eq&mentm Ttmieos Indunmais Ltda. SHo Paulo. F ~ CI Pibnca de Aparelha, Elcu~>Ttmi;mS.A. Aquecedores Kent Aquecedores Halliday. Aquecedores Cosmopolita. Aquecedores TG-Matic. Aquecedores lunken. Sauna-Lar - Duchas, saunas. Aquecedons Namarra - Saunas Companhia Geral de Indúsmas Geralihm - Aquecedores. ~~~

469

470


Especm Sol Indúsuia e Comércio LI& -Energia Solar. FabnCqáo de equipamcntas e insralqões. Hidmsalar S.A. -Captores solares. Insfala$%o. Solanec -CapIores salares. Instalqáo. Aqualar - Captores solares. Instalafão Rosolar Rojetos e Instalaçòes -Coletores solares. Polionda -Comércio e Indústria Tuffy Habib S.A. Painéis solares. Ullmann Ar Condicionado Lrda - Aquecedons solares. Novasol Engenharia Solar Ltda - Captores solares. Instalaqão Salaris - Aquecedor solar da FAET - Fibrica de Aparelhos EleUo-T6micos S.A. Aquecedor Solar - Cumulus SIA. Ind. e Com.

Tratamento da Água 8.1 CONSIDERA~ÕES GERAIS O objeto do presente capítulo é o tratamento da água em escala limitada, seja para tomá-la potável de modo que possa semir a pequenas comunidades e indústrias, seja para dotá-la das condições requeridas para o uso industrial propriamente dito. No primeiro caso, temos que considerar a utilização da água de um curso d'água, lagoa ou p ~ para o utilização, por exemplo, em conjunto habitacional ou fábrica em local não servido por rede pública de abastecimento. Pode eventualmente corresponder a uma instalação que utiliza água da rede pública de abastecimento, mas que necessita da garantia de condições uniformes de potabilidade, o que nem todas as municipalidades podem oferecer. Poderia ocorrer no caso de hospitais e em hotéis de boa categoria. Para o uso industrial às vezes toma-se necessário reduzir0 teor de sais dissolvidos. eliminar certas substâncias prejudiciais às operações industriais e até mesmo removê-los totalmente, como é exigido em muitas indústrias químicas, farmacêuticas e de alimentos. Não entraremos na apreciação das estações de tratamento de porte maior, ou seja, para pequena e médias cidades, uma vez que o assunto fugiria as limitações dos objetivos deste livro. Além disso, existem sobre o assunto excelentes livros escritos por engenheiros brasileiros, especialistas no campo da Engenharia Sanitária, que serão mencionados na bibliografia ao final deste capítulo.

A água, ao ser captada nas condições oferecidas pekd natureza, apresenta-se com impurezas proporcionadas pelas ccindições de composição do solo e do meio por onde escoa. Essas impurezas podem ser sais minerais, gases, produtos vegetais e animais. alem de microorganismos e bactérias. O ilustre professor José M. de Azevedo Netto classifica as impurezas mais comuns encontradas na água, indicando seus principais efeitos, em:

Impurezas em suspensãu: Bactérias: algumas patogênicas, outras prejudiciais as instalações (tubos e equipamentos). Microorganismos (principalmente algas, bactérias e protozoános): podem causar cheiro, cor e turbidez. Areia, silte e argila: produzem turbidez. Resíduos industriais e domésticos.

-

Impurezas em estado coluidal: - Substâncias vegetais (corantes): ocasionam cor, acidez e sabor. - Sílica: turbidez.

Impurezas em dissolução: a) Sais de cálcio e de magnésio - bicarbonatos: alcalinidade e dureza; - carbonatos: alcalinidade e dureza: - sulfatos: dureza; - cloretos: dureza, corrosividade para caldeiras.

472

Iristnluçiirs H~dráulicasPrediais e Industriais

b) Sois de sódio bicarbonatos: alcalinidade; carbonatos: aicalinidade; sulfatos (ação laxativa): borbnlhamento nas caldeiras; cloretos: sabor. C) S~zisde ferro Ocasionam sabor, cor e corrosividade bacteriaaa. d) Suis de manganês Dão à água coloração escura. e) Gases oxigênio: corrosividade; bióxido de carbono: corrosividade e acidez; - gás sulfídrico: cheiro, acidez, corrosividade; - nitroaênio: sem efeito. Além das impurez;: acima mencionadas, certas águas possuem impurezas de interesse especial como fluoretos, nitratos, sais de ferro, iodetos e substâncias radioativas. Outras contêm substâncias capazes de causar envenenamento. como o arsênico, o cromo hexavalente. o chumbo etc. A exposição acima revela a importância de um estudo que vise eliminar da água elementos tão variados, sendo alguns saúde i ou capazes de impedir a obtenção de produtos industriais na qualidade requenda e mesmo seriamente prejudiciais ? de comprometer a durabilidade das instalações.

-

-

-

Há vhias grandezas que definem as condições de potabilidade da água ou permitem julgar de sua utilização. Vejamos as principais.

8.3.1 PH (p, potencial e H, hidrogênio) O pH é o cologaritmo da concentração em íon H+ em uma solução aquosa, ou seja, o Iogaritmo do inverso da concentração de íons hidrogênio numa solução aquosa, que indica o caráter alcalino, ácido ou neutro da mesma. Como se sabe, o íon é um Atomo com carga eletnca. Se a carga é negativa, ele se chama dnion, e se positiva, cátion. A água pura 6 considerada neutra, por ser fracamente dissociada em íons H+ e OH-. Assim, por exemplo, a 23'C. as concentraçks desses íons-grama por litro valem [Hi] = [HO-] = 10-' = 0,0000001. Na solução de um elenólito, o prcduto dessas concenlrações [Ht] . [HO-] = 10-14,dividido pela concentração dos íons-grama não dissociados [HOH], 6 constante. Em uma solução ácida, [H'] é superior a 10.' e, em solução básica (alcalina), [Ht] 6 inferior a 10-l. Em vez de adotar esses valores, Sorensen imaginou a notação Iogarítmica, de uso mais prático. Adotou o cologaritmo do valor da concentração de íon H+ existente na água para caracterizar essa concentração. Assim. para a água pura temos:

Preparando o log. temos: 8 Somando a unidade = - 8 + 1 = -7 Tmcando o sinal, temos o cologaritmo = +7. Portanto, o pH da água pura 6 7; o de u m solução ácida é inferior a 7; e o de uma básica (alcalina) é superior a 7. Exemplo: Solução com H+ = 10-E l0g O,000MW)01= - 8 = 9 -9+1=-8 pH = 8 A solução é básica. A água com pH compreendido entre 6,8 e 7,2 é considerada potfivel sob esse aspecto. O pH de uma solução é uma medida direta da sua atividade química e pode ter alguma relação com sua qualidade industrial.

Tratamento da Água

473

8.3.2 Condutividade Quanto maior a concentração de eletrólitos dissolvidos numa água, maior será a facilidade com que a corrente el8trica atravessa a soluçáo, devido ao grande número de cargas elétricas na mesma. Dizemos que, neste caso. a condurividade da solução é grande, ou que a resistência da mesma é pequena. Este fato conduz a métodos que permitem determinar a concentração aproximada de eletrólitos nela dissolvidos, o que é de enorme valia no controle de qualidade da água para fins industriais. Encontram-se em tabelas os valores das concentrações dos eletrólitos dissolvidos em soluções de 1 ppm (equivale a 1 mgilitro) em função de sua condutividade, o quc permite, realizado o ensaio e achada a condutividade, calcular a quaníidade de eletrólitos dissnlvidos. Conhecendo-se o valor máximo permitido de eletrólitos dissolvidos para que a água sirva a uma determinada operação industrial, fica-se em condições de saber da necessidade ou não do proceder a um tratamento, e de poder escolher o tipo de tratamento.

8.3.3 Dureza total É a soma das concentrações de sais de cálcio e mugnésio em uma água. Decorre da presença de bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos de cálcio e magnésio na água. Uma das conseqüências da dureza6 a produção de incrustações nas superfícies onde se realiza troca de calor. portanto em tubos de caldeiras e em equipamentos de refrigeração. A dureza total deve ser inferior a 100 ppm, no caso de água potável, como se pode ver na Tab. 8.1.

8.3.4 Alcalinidade total Resulta da presença de bicarbonatos. Alem do efeito nocivo direto sobre as superfícies onde esteja ocorrendo troca de calor, libera o gás carbônico CO,, o qual, dissolvido na iigua, tem ação corrosiva sobre superfícies metálicas dos tubos e trocadores de calor.

I

T a b e l a 8.1 P a d r õ e s d e p o t a b i l i d a d e d a á g u a s e g u n d o o PB-19d a A B N T

I

I

Características Mdximo recomendado

Máximo tolerado

Físicas

Turbidez (silica) Cor (esc cobalto) Odor Sabor

Inobjetável (ausència de odor objetável) In
Químicas

Manganês (em Mn) Chumbo (em Pb) Cobre Zinco Rrro (em Fe) ArrEnicri (ern' As) Selênio (em Se) Cromo hexavalente Fluoretos Cloretos (CI) Compostos de feno1 Sulfatos (SO,) Dureza (CO, Ca) Cloro livre Súlidos totais PH

0, 1 o, I

-

3,u

-

-

15,O

0.05 I ,O -

0,1 0.10 0.05 0.05

1,s 250 0.01

6 e isenção de alcalinidade cáustica

P H ~ (pH de saturação) I

Ructeriológicos

Águas tratadas

90% tempo inferior a I 100% tempo infenor a 10

Águas naturais

90% tempo inferior a 10 100% tempo inferior a 20

N.M.P. (n." mais provável

de colifunnes por 1W ml)

474

InstalncOes Hidráulicas Prt,liiiiis

Indiistrirris

8.3.5 Sólidos totais dissolvidos A concentração de sólidos dissolvidos 6 uma indicação para a escolha do sistema de tratamento industrial para a água. A Tab. 8.1 fornece os padrões de potabilidade da água segundo o PB-19de 1959 da ABNT. Os índices são dados em miligramas por litro (ppm). Os índices exigidos para o uso industrial dependem do uso que se pretende fazer da água e dd natureza e características do processo. Compreende-se que a menor ou maior complexidadeoo processo de tratamento da Qguairá depender dos índices que a análise de laboratório revelar e das exigências quanto a qualidade ou pureza da mesma.

Chama-se clarificaçüo ou purij'icação ao processo de tratamento da água após sua captação, de modo a melhorar sua qualidade, tomando-a potável. isto é. apropriada ao consumo humano. As chamadas estações de tratamento. elementos indispensáveis em saneamento básico, sáo instalações que têm essa finalidade. A purificação deve remover bactérias, protozoários, microorganismos diversos, substâncias venenosas, excesso de minerais em dissolução ou suspensão, e compostos orgânicos. Com« conseqüência da purificação, melhoram taiiibém as caractedsticas de cor, odor, turbidez e sabor da água.

8.4.1 Processo geral de purificasão A água passa por várias etapas no processo de purificação. Dependendo das suas características e dos valores dos indices de potabilidade, poderá eventualmente ser simplificado o processo, sendo desnecessárias todas as operaqóes que a seguir mencionaremos. Vejamos, entretanto, as principais. - Aeração: é realizada em certas instala$ões quando a água contiver gases indesejáveis em dissolução. A aeraqão pode ser feita com escoamento ao ar livre por gravidade, por aspersáo, por difusão de ar ou agita$" mecânica. - Mistura de reagentes coagulantes ejioruladores: tem por fim provocar uma rápida a$ào sobre os materiais em suspensão, de modo a se agruparem em flocos. - Coagulação eflocuiaçào: como o nome indica, trata-se d a aglutina~ãodos flocos, formando flocos cada vez maiores. - Decantacão ou sedimentação: é a realização da deposição das substâncias floculadas. - Filtração: separação dos elementos não decantados por meio de filtragem. - Tratamento por contato: passagem em Leitos de carvão para remoção de ferro e como purificação complementar. - Correção de acidez: fixação do pH em um valor compatível com o índice recomcndado pelas normas ou requerido pelo processo. - Desinfecçüo: destmiçáo dos germes e bactérias por agentes bactericidas como o cloro e seus compostos. - Redugão dos índices de sabor e odor: melhoria das condições pela ação do carváo ativado. - Controle da ação corrosiva: adição de produtos como â cal, carbonato de sódio e metafosfato para atenuar a agressividade de águas de elevada acidez. Se a águacontiver substâncias em suspensão com teor acima de 75 ppm. e que lhe dão turbidez e coloração, o tratamento deve consistir no mínimo em: - mistura de coagulantes; - floculação; - sedimentafão ou decantação; - filtração. Eventualmente, poderá haver necessidade de desinfecção e de correção do pH. AFig. 8.1 representaesquematicamente oprocesso simples mais usual de tratamentode água. com coagulaçáo, floculação, decantação e filtragem com filtros rápidos. A desinfecção pelo cloro, quando necessária, realiza-se após o tratamento. antes da entrada da água tratada no reservatório. A correçáo final do pH pode ser feita após a filtração, com a dosagem controlada de cal. Vejamos brevemente em que consistem as operações de tratamento que foram relacionadas anteriormente.

8.4.2 Aeração A aeração tem por finalidade principal remover o CO, (gás carbônico) e o H,S (gás sulfídrico) dissolvidos em águas de certas procedências. Com isso, aumenta o pH da água, pois a mesma toma-se menos ácida, e reduz-se a sua comsividade. Melhoram também as condiçks de cor e de odor, e o teor de ar dissolvido. Os tipos mais usados de aeradores são os seguintes: Aeradores de gravidade: a água desce em "cascatas", em planos inclinados, ou em escadas ou patamares. - Aeradores de repuxo: a água é lançada verticalmente de baixo para cima por bombeamento. formando um repuxo.

-

Tralamento da Água

475

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ULr~TO AWMINIO

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iGuA C TdRIO BRUTA

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FLOCULADOR

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6GUA TRATADIL,

Fig. 8.1 Fluxograma de tratamento de água. Sistema convencional.

Utilizam-se bocais de formatos especiais para obterjato favorável à formaçãode uma boa mistura de ar w m a água

- Aeradores de emulsão de ar: o ar é injetado sob pressão na água contida em um reservatório, através de difusores que são peças de fonnato apropriado à formação de uma boa emulsão ar-água. A aeração não é normalmente uma operação que se realiza em estações de tratamento padronizadas, pois em geral as águas bmtas de abastecimento não contêm teores elevados de C02e H2S.

8.4.3 Sedimentação ou decantação A sedimentação consiste na deposição de matérias em suspensão na bgua, pela ação da gravidade. No caso de tratamento de água, pode haver a deposição espontânea de partículas granulares muito pequenas que se encontram em suspensão. Mas pode-se provocar, com a colocação de produtos químicos adequados, ajloculação, isto é, a agregação em flocos ou substâncias gelatinosas, para que se depositem e possam ser removidos ditamente ou então filtrados. Quando a velocidade de escoamento diminui, as partículas tendem a se depositar. Baseados nesta realidade, existem dois processos de sedimentação: - Processo contínuo, pelo qual se consegue que a velocidade de escoamento se tome bem pequena, fazendo-se a água passar por reservatórios de dimensões consideráveis, denominadas bacias de sedimentação. - Processo intermitente, segundoo qual tanques são enchidos e esvaziados intermitentemente,permitindo que a água se tranqüilize durante uma fase do processo. Às vezes realizam-se uma primeira sedimentaçãoe posteriormente uma segunda, após a coagulação e a floculação provacadas pela colocação de agentes.

8.4.4 Mistura de reagentes coagulantes Para que as partículas finas em suspensão, as substâncias coloidais, o plânctou, as bactérias e os sais dissolvidos possam ser removidos eficientementepela decantação, é necessário adicionar à água reagentes químicos apropriados, de modo que as referidas partículas se agreguem formando suspensões gelatinosas e floculantes. Vários são os produtos químicos empregados. Aqui, mencionaremos apenas os mais usados, que são: Sulfatode alumínio: (Alumen Al,(SOJ, 18 H20). É excelente coagulante. de baixo custo, e por isso tem emprego generalizado. Reage com a alcalinidade da própria água, formando o hidróxido de alumínio, AI(OH),. de aspecto gelatinoso, responsável pela floculação das impurezas. A água deve, aliás, possuir certa alcalinidade para que a coagulaç50 se possa realizar. - Cal virgem CaO, ou cal hidratada Ca(OH)2:Tem por finalidade prover e manter a alcalinidade, de modo a proporcionar a formação do hidróxido de alumínio. Atua apenas como auxiliar na coagulação, pois, isoladamente, não tem efeito coagulante. Além desses produtos, em algumas estações de tratamento empregam-se a sílica ativada, ospolieletrólitos (polimeros de elevado peso molecularcom as características comuns dos eletrólitos), a Bentonita, que é um tipo de argila fina prepa-

-

.

476

lns!alações Hidráulicas Prediais e Industriais

rada, alem de outros produtos. Existem tabelas que fornecem as dosagens do sulfato de aluminio de acordo com o índice de turbidez da água e da cal em função da quantidade de sulfato de alumínio. O preparo das soluções de sulfato de alumínio e de cal hidratados realiza-se em tanques de dissolução dotados de misturadores e às vezes de equipamentos para dosagem das quantidades daqueles produtos químicos.

8.4.5 Câmaras de mistura Os produtos químicos coagulantes mencionados são lançados à água numa câmara de mistura, e devem ser rapidamente dispersas em toda a massa líquida, de modo a garantirem uma disiribuição uniforme e homogênea dos mesmos, antes que,ocorra a reaçio dos coagulantes. E comum usar misturadores rápidos de eixo vertical acionados por motor elétrico e com rotor constituído por um disco dotado de palhetas verticais. A Fig. 8.2 mostra o misturador rápido vertical da FMC-FiLSAN. Gira com uma rotação média de 83 a 181 rpm, dependendo do tamanho. Emprega motores de 2 a 75 C.V. O diâmetro externo do rotor varia de 370 mm a 1.250 mm. A dosagem das soluções para lançamento na câmara de mistura, quando as quantidades o justificarem, realiza-se com dosadores de coluna em nivel constante ou com emprego de bombas dosadoras. Existem bombas dosadoras simplex (com um único dispositivo de dosagem) ou duplex (com dois dispositivos).

8.4.6 Câmara de coagulação ou floculação Na câmara de coagulação processa-se a neutralizA~ã0das cargas el6tricas das partículas coloidais para possibilitar sua aglomeração em flocos e sua agregação. Costuma-se designar porjioculaçáo o processo de aglomeração das partículas coaguladas em flocos que vão se tornan-

YOTOR

LUVA IL~PTICA

REDUTOR

CAIXA SYIIIITFC

1

Fig. 8.2 Misturador rápido vertical FMC-FILSAN FC 163.01.03.

Tratamento da Agua

477

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Fig. 8.3 Floculador mecânico de eixo vertical, tipo dupla palheta, & FMC-FILSAN.

do cada vez maiores, de modo que a decantação, que em seguida se realiza, se faça em tempo reduzido. É uma operação que se segue naturalmente à coagulação, e se realiza fazendo-se com que a água sofra uma adequada movimentação, de modo que os flocos se encontrem e se choquem levemente, formando flocos de dimensões crescentes. Para que a operação se realize satisfatoriamente,a água contendo o coagulante deve ser agitada lentamente. O dispositivo que realiza essa agitação pode ser o floculador mecânico de eixo horizontal ou vertical e de fluxo axial, constituído por um rotor dotado de palhetas inclinadas. O número de rotações dos floculadores verticais e horizontais deve ser pequeno, 2 a 11 rpm, dependendo do tipo. A movimentação lenta provoca a colisão e a agregação dos flocos entre si, sem se romperem. A Fig. 8.3 mostra o floculador mecânico de eixo vertical tipo duplapalheta, da FMC-FILSAN. As rotações por minuto variam de 2,4 a 10,B. conforme o tamanho. O acionamento 6 feito por motores de 0,5 a 1,5 CV.

8.4.7 Decantadores São reservatórios de forma especial, onde se produz a sedimentação simples (antes do tratamento) ou a sedimentação após a floculação. Nos decantadores é feita a remoçáo do lodo depositado. Podem ser de seção retangular ou circular, de fundo horizontal, inclinado, e com poço de lodo. A remoção do lodo pode ser feita manualmente, por processo hidráulico ou mecanicamente. Apenas como indicação, mencionaremos que um decaniador convencionalpara clarificação da água temuma vazão de 20 a 35 m3/dia por metro quadrado de área plana horiwntal do decantador. Mais especificamente: - Para águas coloridas. vazáo de 15 a 30 m3/m2/dia. - Para águas turvas, vazão de 25 a 35 m3/m2/dia. Em instalações compactas de tratamento. a decantação ou sedimentaçáo realiza-se em tanques fechados, chamados clarificadores. Nessas unidades, a velocidade de decantação é bem maior que aquela que ocorre nos decan!adores convencionais. Um modelo $e clarificador no qual se consegue uma rápida separação dos flocos e da água é o Biflow, da ATAG Tratamento de Aguas e Saneamento Ltda. No Bifiow a decantação é fracionada, de modo a se obterem duas separaçks: - a primeira, ultra-rápida, de uma parte da água.. - a segunda. da água residual fortemente carregada.

-

478


dGUA BRUTA

Fig. 8.4 Unidade compacta Biflow para clarificaçãode hgua, da ATAG -Tratamento de Águas e Saneamento Ltda

Essas separaçóes, que se dão simultaneamente, são obtidas por meio de um circuito hidráulico de densidade diferencial regulável. A Fig. 8.4 mostra a unidade Bifow, da ATAG, onde se vê: A. Entrada de água nojiash-reactor (dispersor hidráulico). B. Flcculador. C. Câmara de lodos suspensos. D. Captação de lodos. E. Saída de água decantada pela câmara superior. F. Câmara inferior. G. Coleta de água decantada pela câmara inferior. H. Regulador de descarga. I. Saída da água clarificada. 5. Saída de lodos. K. Reator (flash-reactor). Na câmara C, os lodos suspensos no fluxo ascendente da água são coletados ao nível superior da câmara de floculação por uma série de captações de flocos, na fase final de aglomeração, na qual a velocidade, decrescendo em razão do alargamento da seção de escoamento, permite que a água chegue à parte superior da câmara quase sem flocos. Os flocos captados são dirigidos hidraulicamente do bocal D à câmara F de sedimentação, onde tem lugar ouira decantação, na qual a água clarificada é levada a subir e juntar-se à água decantada na câmara superior E. A extração dos lodos da câmara inferior F de sedimentação se faz hidrostaticamente, de forma contínua ou por descargas periódicas, conforme a conveniência da operação. A FMC-FILSAN, empresa especializada em fabricação e montagem de equipamentos para tratamento de águas e esgotos, fabrica conjuntos compactos de tratamento de água, enne,os quais o designado por ITAL-FILSAN, compreendendo o clarificador Clarifloc e filtros de antracito (carvão mineral). E o que mosira a Fig. 8.5, além de indicar as dimensões para a elaboração do projeto.

A filtração é a operação pela qual, fazendo-se passar a água por substâncias porosas, se consegue reter e remover grande parte de suas impurezas. Na filtração ocorre não apenas uma ação mecânica de coar a água, mas também fenômenos químicos de oxidação, ações biológicas e ações bioquímicas.

T/atamato da Agua

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-

Conjunto I T A L d o F M C F I L S A N p o r o t r o t o m e n t o d a i g u o com t i o r do i m p u r a z a s i n f e r i o r aos v o l o r e r a b a i x a : COR TURBIOEZ FERRO O X I G ~ N I O CONSUMIDO-

100 200 2.0 5.0

pp m

Pt. p p m Si Op p p m Fo p p m OZ

Fig. 8.5 Instalações com uma unidade Clarifloc modelo 61 1.04.01 a 611.04.09 (FMC-FILSAN)

Consegue-se, com a filtragem,reduzir substancialmente o número de bactérias presentes na hgua, cerca de 98% ou mais; todavia a extinção de germes patogênicos deverá ser realizada posteriormente com a desinfecção pela cloração, por exemplo. O cascalho fino e a areia, dispostos em camadas segundo granulação ctiteriosamente estabelecida, é o material mais comumente utilizado, pois, além de eficiente, tem custo reduzido. Usam-se tamtkm filtros de antracito e areiae, nas indústrias, filtros de carvão ativado, que eliminam o odor. a cor, os detergentes, o cloro, o gás sulfídrico, a ferrugem etc.

480

Instalacás Hidrdulicas Prediais e Industriais

ClassiKcaçãodos filtros Segundo a velocidade de filtração, os filtros classificam-se em:

- Lentos, quando a taxa de filtração, isto é, de vazão por unidade de superfície, é de cerca de 3 a 4 m3/m2/dia.São usados para remover teores pouco elevados de cor (30 UNT) e turbidez não superior a 50 ppm, em sistemas para pequenas cidades, quando a qualidade da água e as condições locais para sua construção forem favoráveis. - Rápidos, que possuem uma taxa de filtração de cerca de 120 m31m21dia.Os filtros rápidos podem ser: - de gravidade: emprega-se reservatórios de concreto, aço e de plástico reforçado com fibra de vidro. - depressão: a areia de filtragem é colocadaem reservatórios fechados onde a água a ser filtrada é aplicada sob pressão. Existem os chamados filtros convencionais e os bifow. Nosfiltros rápidos de gravidade, a granulação da areia aumenta de cima para baixo; portanto, a água atravessa camadas de areia de granulacão crescente. também de cima vara baixo. Na oarte inferior do reservatório. através de sistema de drenos, a água>ltrad;6 conduzida um reservatóriode acumulaçãoa partir do qual é dishibuídá para utilização. A lavagem dos filtros é. feita invertendo-se acorrente e bombeando-se a água sob pressão e com descarga cerca de sete a nove vezes superior à de filtragem. As bombas devem ter capacidade para lavar um filtro em 90 minutos. Os filtros de gravidade são os mais usados nas estações municipais de tratamento d'água. Já os filtros de pressão são os mais empregados em indústrias, hospitais, hotéis, piscinas etc. Estão sendo especificados em projetos de tratamento de água municipal, pelas vantagens do menor espaço ocupado, menor custo e rapidez de instalação. Existem dois tipos de filtros de pressão caracterizados pelo sentido de escoamento da água durante a filtração: - Filtros convencionais, são aqueles de leito granular, com escoamento de cima para baixo, com porosidade crescente no sentido do escoamento. A lavagem é realizada invertendo-se o sentido de escoamento da água, que passa a atuar, evidentemente, de baixo para cima. Modemamente, usam-se, em vez de leitos de areia e brita, leitos compostos de várias camadas de material com peso específico e granulometria diferentes (areia e antracito), por exemplo, e mais recentemente ainda, areia, antracito e granada. Ci>nwgucm-se.a\sim. um cflucntc filtrado dc cxcclentc qualidade e uma alta \elocidade de Filtração. A WC-FILSAN hbrica no Brdsil. sob liccnqa da Ncptuno h2icru FLOC. filtm com a> caracterí>ticdjacima. A rakd de liliracio aIc~nc;aI? m3/h/m2deárea transversal do leito filtrante. Após intervalos de 24 a 48 horas, os filtros podem ficar colmatados, necessitando ser lavados por água corrente. Essa necessidade se constata pela leitura no manômetro, que acusará maior pressão face a resistência maior ao escoamento quando o filtro se encontra colmatado. Por meio de uma bomba, faz-se a água do reservatório de água filtrada penetrar no filtro no sentido inverso ao da operação de filtragem. Com isso, o leito filtrante se expande, soltando as impurezas, que são descarregadas para fora do filtro. em um ralo, por exemplo. - Filtros Biflow, fabricados pela ATAG. Tal como nos filtros convencionais, a areia é disposta com granulação maior na parte de baixo (Fig. 8.6). A filtração se realiza, mas em fluxo ascendente, propiciando uma retenção progressiva das impurezas e um aproveitamento total do lei-

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BRUTA

Fig. 8.6 Esquema do princípio de funcionamento do filtro ripido Biflow da ATAG.

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Tratamento da Agua

481

Fig. 8.7 Filtro de duplo fluxo (Biflow) da ATAG. Representação esquemática baseada no Des. 3026.

to. Partículas já adsomidas e eventualmente deslocadas de baixo para cima pelo fluxo da água são retidas nas camadas superiores, de menor porosidade, possibilitando uma alta taxa de percolação. No processo Biflow, a compactação do leito filtrante durante o funcionamento é assegurada pela aplicação de uma parte davazão no sentido de cima para baixo, como mostra a Fig. 8.7. A coleta da água filtrada realiza-se no interior do leitofilmte mais fino, através de drenos especialmente projetados para esse fim. A carnadade areia acima dos drenos funciona como um filtro convencional, mas sua principal fuuçáo é manter compactada a espessa camada inferior. A lavagem é feita de modo convencional, fazendo-se passar toda a água no sentido de baixo para cima, o que fluidiza o leito e faz desprenderem-se as partículas retidas.

8.4.9 Desinfecção da água A água bmta, captada de mananciais ou poços, pode conter organismos nocivos à saúde, que devem ser exterminados. Dentre esses organismos, são particularmente temíveis: - ~actériasentéricas vegetativas, que provocam a febre tifóide, as febres paratificas, a disenteria e a cólera Protozoários, notadamente a Entamoeba histolytica, causadora da disenteria amebiana. - Vermes, tais como as cercáreas de esquitosomas. - Vírus, como o que causa a hepatite infecciosa. - Bactérias que formam esporos. como o Anthrar. A desinfecção consiste na destruição desses organismos. O agente que se coloca na água pode ser classificado como: - Esterilizante:desuói completamente todos os organismos, patogênicos ou não. - Desinfectante: destrói germes patogênicos. - Bactericida: causa a destruição das bactérias. mas não de todas as categorias de esporos. - Cisticida: destrói os cistos dos vermes. Entre os agentes de desinfecção mais eficientes e usados, sobressai o cloro. Sendo um agente oxidante, queima os organismos, oxidando os sistemas proteína-enzimas. e, pela paralisação do metabolismo da glucose, determina a morte do organismo. É um germicida de uso generalizado, O cloro líquido, fornecido em cilindros sob pressão, é altamente tóxico. Exige um dosador denominado clorador e acessórios para lançamento do gás na água ou para dissolvê-lo previamente em quantidade pequena de água, para depois adicionar essa água clorada h água a desinfectar. Exige precauções especiais na manipulação e operação do equipamento.

-

Em vez de cloro. em instalac;óesde pequeno porte, em fábricas e em piscinas usam-se compostos de cloro que não oferecem os riscos do halogeno do qual derivam. Os mais empregados sáo: - Hipoclorito de cálcio -Ca(O.Cl),. É aplicado com um aparelho chamado hipoclor?dor. - Cloreto de cálcio ou cai clorada (erroneamente chamado de hipoclorito de cáicio). E o CaCI,. - Hipoclotito de sódio. A solução é vendida em bombonas de vidro ou plástico. Entre os agentes desinfetantes, mencionaremos ainda: - o ozona (O,), que é um poderoso agente oxidante; - a luz uluavioleta, de eficaz ação sobre os esporos; - a cal, que possui açáo bactencida; - a prata, destruindo bactérias; - vibrações supersônicas, usadas na desinfecçáo do leite.

8.5 TRATAMENTO DA ÁGUA PARA FINS INDUSTRIAIS Além do tratamento de clarificação da água que acabamos de considerar, pode vir a ser necessário um tratamento adicional a fim de reduzir ou eliminar os sais minerais dissolvidos na água e, portanto, impossíveis de serem filtrados. A água, de fato, pode conter uma grande variedade de sais solúveis, cuja açáo sobre tubulaçóes, peças e equipamentos , de explopode tornar-se extremamente nociva, resultando em desgaste ou destruição e oferecendo, em certos c ~ s o sriscos são. As caldeiras e vasos de pressão não podem operar com água contendo sais de cálcio e magnésio em teores acima de certos valores. os quais deverão ser tanto menores quanto maiores forem a pressão e a temperatura do vapor produzido. Os referidos sais podem dar incrustaçóes nos tubos das caldeiras. reduzindo seus diâmetros e oferecendo risco de ruptura dos mcsmos. A água dita potável, fornecida pela rede urbana de abastcçimento. chega a conter 30 ppm (30 mgll) de dureza total, expressos em NaCI. e esse teor a desaconselha para uma série de usos na indústria química, farmacêutica, de bebidas, galvanuplastia, petroquímica etc. Toma-se necessário recorrer a um tratamento complementar ao da clarificação, que foi realizado na estação de tratamento municipal.

8.5.1 Abrandamento de água O abrandamento de água é a remoção total ou parcial do cálcio e do magnésio nela presentes, geralmente sob a forma de cloretos, sulfatos e bicarbonatos: ou seja, consiste na redução da dureza da água. E a operação geralmente realizada para obtenção de água para caldeiras. Existem três processos principais para o abrandamento de água: Processo de cal sodada Usado quando a dureza apresenta valores maiores que 150 ppm em termos de CaCO, (carbonato de cálcio), conseguindo-se uma redução para 15 ppm no processo a frio, e para 5 ppm quando realizado a quente. Consiste na injeção de cal (CaO) e Na,CO, (carbonato de sódio) na água a ser tratada. A operação realizada a quente conduz a resultados melhores do que se realizada a frio, como ficou caracterizado no parágrafo anterior. Processo d a cal sodada a quente com fosfatos trissódicu, dissódico ou monoss6dico Adicionando-se fosfato de sódio e roda cáustica ao eflueute de água tratada pelo processo da cal sodada, consegue-se reduzir a dureza final da água para cerca de 1 ppm. Abrandamento por troca de cátions Modemamente, 0 processo mais usado é o que emprega resinas trocadoras de cátions, as quais trocam o sódio, que as mesmas retêm, pelo cálcio e o magnésio, que são assim retirados da água. Descobriu-se. no final do século passado, que existem minerais chamados zeolitas que têm apropriedade de reter cálcio e magnésio e liberar sódio. Conseguiu-se, entretanto, produzir uma zeolita artificial, de muito melhor rendimento que a natural. Pela sua qualidade de realizar a permuta dos metais citados, passou a ser também designada por permutita. A existência das zeolitas ou permutitas abriu novas perspectivas para o abrandamento da água para as indústrias. Foi em 1933 que Adams e Hohms, químicos ingleses, conseguiram sintetizar uma resina orgânica capaz de realizar a troca de íons. Hoje em dia, o abrandamento com resinas sintéticas é amplamente utilizado em inúmeras indústrias, quando necessitam de água com dureza insignificante. Se o grau de durezadesejado for praticamente zero, mas a água bruta contiver elevada concentragiode sais de Ca e Mg, algumas instala~õesrealizam um abrandamento prévio e parcial com cal sodadaa frio. e em seguida opoiimento du dureza remanescente com resinas sintéticas trocadoras de íons.

Tratamento da A p a

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Se a dureza da água bmta for relativamente baixa (30 a 50 ppm), basta realizar a clarificação que já vimos e realizar a remoção da dureza com um abrandador por troca iônica. A operação de abrandamento é bastante simples. Consiste em fazer a água passar por um leito de resinas trocadoras de cátions (resinas catiônicas) na forma de sódio, colocadas em um reservatório parecido com um filho de pressão. Em sua passagem, a resina retém o cálcio e o magnésio e libera sais de sódio, que não oferecem inconvenientes para a qualidade da água que se pretende obter. Periodicamente, 6 necessário regenerar a resina para que possa continuar operando. A regeneração se processa por uma passagem de solução de cloreto de sódio (NaCI) no reservatório contendo as resinas. Uma vez regenerada, a resina é novamente utilizada (Fig. 8.8). Se houver necessidade de manter o pH da água tratada constantemente dentro de limites desejados, e a água ainda contiver ácidos, pode-se, por meio de um dosador, lançar uma solngão de NaOH na água que sai do tanque de resinas. Na água restarão apenas sulfatos e cloretos de sódio. A Fig. 8.9 mostra um esquema de uma instalação DEION-TEC de abrandameuto com regeneraçáo pelo NaCl e alcalinização pelo NaOH, conforme proposto pelo DEION -Equipamentos e Processos Industriais Ltda.

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Ca ( H C 0 3 h Mg( H C0312

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TANQUE DE RESINAS

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AQUA

ABRANDADA

DOSADOR

Fig. l i 8 Sistema de abrandamenfode água.

8.5.2 Desalcalinização ou desmineralização parcial A água abrandada às vezes apresenta-se w m um grau de alcalinidade inaceitável, principalmente se contiver bicarbonatos que se decompõem em soda cáustica e C0,quando submetidos às temperaturas elevadas de uma caldeira. O CO, toma a água das caldeiras altamente agressiva. Quando a água contiver mais de 50 ppm de bicarbonatos, pode-se recorrer ao emprego de um degoseificaáor, para remover o CO? A degasei$cação ou degasagem realiza-se em sistemas a vácuo ou a vapor.

8.5.3 Desmineralizaçáo total ou deionização total É o processo pelo qual são removidos praticamente todos os íons presentes na água. fazendo-se com que a água passe através de resinas catiônicas e, em seguida. atravks de resinas aniônicas. As resinas catiônicas acham-se sob a forma H+ e as aniônicas sob a forma OH- (Figs. 8.10 e 8.1 1). Em vez de empregarem colunas separadas, uma para resinas catiônicas e outra para as aniônicas, pode-se usar uma coluna única para as duas categorias de resinas. Este sistema denomina-se leitos mistos (mixed-bed). A primeira filtração, sobre a resina catiônica, proporciona água contendo somente os ácidos dos sais dissolvidos na água. A regeneração dessas resinas catiôncias se faz com ácido clorídrico (HCI). A segunda filtração realiza-se sobre resina aniônica, que absorve os ácidos fortes, eliminando-os da água. A regeneração realiza-se com o emprego de soda cáustica (NaOH). Obtém-se, com esse tratamento, uma água praticamente isenta de sais minerais e em ótimas condições para uso em indústrias química, farmacêuticas, alimentícias, de tecidos etc. Com um resistivímetm pode-se controlar abaixíssimo teor de sais remanescentes. Entre as duas colunas, nas grandes instalações, é colocado um degaseiticador para remoção de CO, proveniente dos bicarbonatos.

484

Instafaçõeç Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 8.9 Inslalação DEION-TECpara abrandamento de água.

DRENO

Fig. 8.10 Desmineralizaçáo de Bgua com colunas trocadoras separadas.

Tratamento da Agua

485

Fig. 8.11 Desmineralizador de igua série 2-G da DEION

Desmineralização total com coluna única Por este processo, conhecido como mired-bed, as duas resinas sHo colocadas cuidadosamente misturadas na mesma coluna. Devido a essa mistura entre as resinas, realiza-se uma multidesmineralização,em virtude da presença de um núcleo aniônico, que é repetida inúmeras vezes. Para regenerar as resinas, deve-se primeiramente separá-las. Isto se consegue realizando o escoamento da água em sentido inverso, isto é, ascendente. Como os dois tipos de resina tem pesos específicos diferentes, eles se separam na bgua. A resina catiônica é a de maior densidade e, portanto, vai se acumulando na parte inferior da coluna. Uma vez realizada a separação, procede-se à regeneração bombeando sucessivamenteas soluções regenerantes de ácido clorídrico e hidróxido de sódio (soda cáustica). Para tornar a misturar as resinas no final da regeneração, esvazia-se de água o re~e~at61i0 de resinas e injeta-se ar comprimido. O sistema mixed-bed fornece igua com um grau de pureza muito elevado. A Fig. 8.12 mostra um desmineralizador de água tipo leito misto (mired-beü),da DEION, para uso indushial. A Fig. 8.13, de um catálogo da ATAG mostra os diversos processos de desmineralizaçãode água com resinas trocadoras de íons. A sua utilização varia conforme o grau de alcalinidade. a presença de sílica e a pureza alcançada. Como se pode observar, quanto maior a resistividade da bgua, menor é a quantidade de sais em dissolução. Vemos, por exemplo, que um trocador de dtions associado a um de ãnions fornece água com resistividade de 200.000 ohms/cm/crn2,enquanto com o sistema mixed-bed chega-se a mais de 1.000.000 ohmslcmlcm2.Já com a disposição indicada na Fig. 8.13, o grau de pureza é excepcional.

8.5.4 Tratamento de água de caldeiras Vamos considerar apenas os casos de caldeiras de baixa e média pressão, pois a aplicação dos casos das caldeiras de alta pressão e pressão supercrítica foge aos objetivos deste livro. Conforme os limites de pressão, as caldeiras podem ser divididas em: Caldeiras de baixa pressão: 1W400 psi (7-28 kgf.~rn-~) - Caldeiras de média pressão: 400 a 800 psi (28-57 kgf-cm-l) Para a geração de vapor na caldeira, é claro que a água ideal deveria possuir dureza zero, isto é, não deveria conter sais de Ca e Mg dissolvidos. Todavia, isto não acontece com a água disponível, tornando-se necessário proceder a um tratamento que complete o que foi obtido com a clarificaçio. A natureza de tal tratamento dependerá da qualidade da água e da pressão da caldeira. O tratamento pode ser realizado por uma das seguintes formas:

-

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SOLUÇ~O REGENERANTE

REGENERANTE N O on

Fig. 8.12 Desmineralizador mixed-bed da DEION

- Pela adição de produtos à água antes de ser bombeada para a caldeira. Usa-se não só quando a caldeira fornece vapor que não é reaproveitado sob a foma de condensado e que, portanto, não retoma à caldeira no estado líquido, mas também nos casos em que hft aproveitamento de apenas parte do condensado e é grande a quantidade de água de compensação, isto é, de reposição (mke-up). Nestes casos, porem, o uso dos sistemas que mencionaremos a seguir seria antieconômico. - Pelo abrandamento, para obter dureza zero. Esse é o mínimo de tratamento que se deve empregar para as caldeiras de média pressão e mesmo nas de baixa pressão, quando houver recuperação de grande parte do vapor sob a forma de condensado. - Pela desmineralização,que 6 a solução ideal nos casos das caldeiras de média pressão e das de baixa pressão, para a condição de recuperação de condensado. Consideremos o caso de tratamento das caldeiras de baixa e média pressão com a adição de produtos químicos B água antes da sua entrada na caldeira. São vános os modos de tratamento, os quais se identificampelanaturezados produtos químicos empregados. Vejamos os mais importantes. - Tratamento convencional. Tratamento com quelatos. - Tratamento com polímeros. - Tratamento conjugado. Indicamos a seguir alguns dados sobre essas formas de tratamento.

-

8.5.4.1 Tratamento convencional

-

Correção da alcalinidade Emmga-se o NaOH para amolecer as borras e os depósitos e proteger o aço dos tubos. Dosagem: Para as pressões até 100 psi -200 a 300 ppm de NaOH de 100a400psi-150a200 de400a600psi-50a 100 Observação: 1 ppm (parte por milháo) corresponde a 1 mgfliho ou 1 g/ml. Conhecendo-se a pmdução de vapor expressa em kgfihora, tem-se o volume de bgua consumido em m3hora e se acha o consumo de NaOH. Combate hr incrustações & cálcio e mgnésio Usa-se muito o fosfato trissódico (Na,PO,), embora haja outros derivados do fósforo também de emprego comum Dosagem:

-

-

487

Tratamento da Agua

-CATION

dgua b r u t a t r a c o m e n t a alcalina Água t r a t a d o com roriatividada ZOO.000 o h m s / c m / c m '

-ÂNION tortmmenta bdsico

-CÁTION

Água b r u t a f o r t e m e n t e alcalina ~ ~ ; ~ ~ A G E H coe a l a v a d o Água t r a t a d a com fortemenlo bdaico r a i i a t i v i d a d a 2 0 0 .O00 1 300.000 ohms/cm/cmL

-CÁTION

dgua b r u t a i o r t a m a n t r a I c a l i n a a a l t o t e o r de aulfatos e c l o r o t o o bgua t r o t a d a com resistividade 200.000/ 3 0 0 . 0 0 0 ohma / c m / c m t

-ÂNION fracamante b6aioo OEGASAGEM -ÂNION t o r t a m a n t o báaico

-CÁTION -ÂNION frocomante b á s i c o -DEGASABEM- c á t i o n

-BNION tortamente

básico

-HIXED-BEO

-DEGASAGEM -MIXED-BED

dgua b r u t a f o r t a m o n t e alcalino dguo t r o t a d a de o i t o pureza 1.000.000 ohmi/cm/cmC Si O* = 0 , 0 0 2 p p m dgua

bruta

o

tratada

trocamente de a l t a

Alta puro20 > 1 . 0 0 0 . 0 0 0 ohme/cm/cmi

dgua

bruta

A l t o t e o r da

fortmmenta iílica

Fig. 8.13 Desmineralização de bgua -Exemplo de aplicação ATAG -Tratamento de Águas e Saneamento Ltda

-

488

Instaluçóes Hidráiificas Prediais e Industriais

-

Para pressões até 1M) psi 40 a 60 ppm de100a400psi-30a50 de400a600psi-20a40 - Combate ao oxigênio dissolvido (O,) É usado o sulfito de s a i o ou então a hidrazina. Dosagem de sulfito de sódio, N&S03: Para pressões att 100 psi 40 a 60 ppm de 100a400psi-30aS0 de400aóOOpsi-20a40 Quanto ao emprego de agentes dispersantes, existem produtos, como o tanino. o amido e outros, que possuem a propriedade de dispersar a bom formada nas caldeiras e provocada pelas precipitações de cálcio e magnésio. Usando-os, evitase que as b o m formem incmstações sobre os tubos da caldeira e fica facilitada a remoção das mesmas por descarga de água da caldeira, uma vez que as partículas se dispersam sem se aglutinarem.

-

8.5.4.2 Tratamento com quelatos No tratamento de água para caldeira usam-se produtos denominados quelafos. que têm a propriedade de complexar o Ca, Mg e o Fe em compostos solúveis, impedindo-os, portanto, de se incrustarem nas paredes dos tubos onde a água é aquecida. Entre os quelatos, os mais empregados com essa fuiaiidade são o etileno diamino tetracetato de sódio N v E D T A (solúvel) e o sal sódico do nitrilo acidotriacttico Na,.(NTA). O quelato é injetado continuamente na água de alimentação da caldeira numa dosagem de 5 a 15 ppm. Deve-se usar como coadjuvante o sulfito de súdio, ou a hidrazina, para combater o oxigênio dissolvido na água, o qual, quando presente, reduz enormemente a atividade do quelato. O emprego dos quelatos é econõmico quando a dureza da água é inferior a 1 a 2 ppm de dureza total.

8.5.4.3 Tratamento com polímeros Os polímeros naturais, tais como o amido e o carboximetilcelulose, e os sintéticos, tais como as poliacrilatos e os copolimeros do ácido maléico-estireno, gozam das propriedades de: - dispersar as partículas em suspensão na água, evitando que se conglomerem formando borras; - impedir que as partículas se incmstem nas paredes dos tubos. Os polímeros em geral gozam de apenas uma das propriedades citadas, o que exige o emprego simultâneo de dois: um com característica de dispersante e outro como inibidor da formação de incmstação.

8.5.4.4 Tratamento conjugado Consiste na combinação de um quelato ou fosfato com um ou mais polímeros, na procura de um resultado que os tratamentos anteriores não alcançaram plenamente.

8.5.5 Sólidos dissolvidos e sólidos em suspensão na água A água para caldeiras deve ser controlada por análises realizadas periodicamente. O resultado das análises permitirá, de inicio, a escolha do tipo de tratamento e, com o decorrer do tempo, revelará a conveniência ou a necessidade de altera~óes no processo, seja quanto h natureza dos produtos químicos d o tratamento, seja quanto ? dosagem i dos mesmos. A Tah. 8.2 fornece as taxas máximas permitidas de sólidos dissolvidos, de sólidos em suspensãu, d i c a (SiO,) e os limites aceitáveis de pH, conforme os limites de pressão das caldeiras.

Tabela 8.2

Pressóes lpsi)

Alcalinidade como OH-

PH

PPm

Sòlidos dissolvidos (máX.1

S6lidns em suspensão

Síiica SiO, (mbx.1

PPm

PPm

PPm

Baixa pressão

50-100 Baixa pressão 100-4MJ Mkdia pressão 4M)-600

200500

11-12

3.000

3.00

250

I00300

10.5-12

3.W

2.50

200

2.500

1.50

50

50-100

10-11.5

Tratamento da Agua

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Rio de Jancini - S Paulo. Fil.TR.4-RIO R I U ~r ,Tr~tamcnu*u'Água Lida \i% Pau o - Ri dc Jaicirti thl(..l 1.m t : q ~ i p ~ n i , i i ipsia i . \aoi.:iii:nl. SA DEION. Equipamentos c Rocessos IndusUiais Ltda. -São Paulo. ATAG. Tratamento de Águas e Saneamenlo Ltda. SZo Paulo - S.P Sanidro. Tratamento de Áiua Ltda. Sáo Paulo, S.P. Viumado Brasil L&. Saneamento de Aguas. São Paulo, S.P. -Rio de Janeiro Metalúrgica útil S.A. (claradores, filtros). Rio de Janeiro. Hidrotee lEsLlc6ez comaactas de tratamento de ieua). Rio de laneim. FiltrPoua ~nii;namentn; "ara Tratamento de Áeua Ltda. São Bcmardo do C a m m S.P. -.-. -7..r. . ~~~~~~~~rDegrCmont. Saneamento e Tratamento de Agu& Ltda. SHo Paulo -S.P. WoRhington. 10 N. Exchange prcccss for Ihe punfication of waler. Bulletin W-212-B4. Wotthington hot prccess water softenen. Bullctin W-212-B2. Bacquacil SB. ~ritamenlode igua de piscinas. Plus-San. Fieiga Ind. Químicas Ltda. Tratamento de piscinas. Aqwzul. Traiamento de igua de piscinas. Jacuzai. Traramento de Aeua de .~iscinas. w Pcrmutit. Tralamcnto de Apa Dolga-hultrc. Si\tcrnrs ciirnplcev de acrncio profunda. Vndrn
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Instalações de Vapor

9.1 CONSIDERAÇÕESPRELIMINARES A utilização do vapor prende-se ao fato de com ele ser possível realizar o deslocamento, por escoamento, de grandes quantidades de calor e de energia entre locais distantes. Produzido numa caldeira, o vapor pode ser conduzido a máquinas. equipamentos e pontos de consumo, de uma forma economica, controlável e com perdas relativamente reduzidas. O vapor gerado pode vir a ser empregado aproveitando-se sua energia no acionamento de uma máquina motriz, como uma turbina a vapor. ou operatriz. como uma bomba. ou, ainda, utilizando-se seu calor para o aquecimento de água, em cozinhas e lavanderias; em autoclaves e esterilizadores hospitalares e notadamente em processos indusmais, transferindo seu calor para outros fluidos ou usando-o diretamente nas reações. O aquecimento pelo vapor pode realizar-se por uma das seguintes formas: a) Por condução. Quando a transferência do calor se faz de molécula a molécula, sem que haja transporte dessas mesmas moléculas. O calor é como que conduzido ou transportado ao longo dc um corpo c de um corpo para outro contíguo. É o que sucede quando o vapor aquece, por exemplo, as paredes de um recipiente ou de uma tubulação, e essas, por condução. propagam o calor. Para que o calor, depois de conduzido através do material, não se dissipe, é necessário fazer um revestimento extemamente ao recipiente ou à tubulação com uma camada de material mau conduforde calor. isto é, isolante. No caso de uma serpentina de aquecimento por vapor, o que se deseja é o contrário, isto é, que haja a condução do calor do vapor através das paredes da mesma até o fluido que se pretende aquecer. b) Por cunircfão. Neste caso, embora a transferência de calor se realize de molécula a molécula, verifica-se simultaneamente um transporte de matéria. i ~ t oé, as moléculas frias du fluido, aquecendo-se, deslocam-se para regiões cada vez mais quentes; e as moléculas quentes, esfriando, para regiões cada vez mais frias. O calor propaga-se então como que por correntes de ar, de água ou de outro fluido que esteja sendo aquecido. É o que ocorre no ar ambiente aquecido por radiadores. No radiador ocorre condução térmica, mas o ar aquecido pelo radiador transfere o calor que recebe por convecção para o ambiente. No aquecimento de um tanque de óleo combustível por serpentina a vapor. além da irradiação do calor da serpentina para o dleo, estabelece-se uma corrente de convecção que aos poucos uniformiza a temperatura do 6leo. A convecção, que se verifica unicamente pela diferença de densidade de partículas, é chamada convecção livre ou convrc('üo nururul. c) Por irradiação ou radiação. Na irradiação a transferência de calor se faz de um corpo para outro, mesmo quc cntre eles não haja qualquer ligação material e sem que o meio intermediário se aqueça. A energia térmica de um corpo transforma-se em energia radiante, a qual se propaga como ondas eletromagnéticas. Estas ondas, quando absorvidas pelo coipo sobre o qual incidem. transformam-se novamente em energia térmica. A rigor, não é calor que se propaga no espaço entre dois corpos quando ocorre irradiação. O calor aparece no corpo quando a energia radiante é por ele absorvida. A transferência por radiação não necessita de ar para que as correntes de ar possam funcionar como transportadoras de calor, ao contrário do que acontece na convecção. A energia radiante propaga-se até no vácuo. Um radiador de vapor p a a aquecimento de um ambiente conduz calor do vapor através das paredes da serpentina. Irradia calor para o meio ambiente. Se houver ar em movimento, ou com o próprio aquecimento do ar, produzem-se correntes de convecção. Uma pessoa colocada perto do radiador, estando o ar parado. recebe calor irrudiudo. Essas considerações são importantes para as aplicações do vapor nas diversas formas dç aquecimento de que trataremos.

9.2 FORMAS DE VAPOR O vapor de água é a água no estado gasoso resultante do aquecimento da mesma a uma temperatura e pressão determinadas. A pressão sob a qual a água vaporiza numa dada temperatura chama-se apressão de vapor da água para essa temperatura. Se o vapor for produzido enquanto submetido à pressão atmosférica normal, sua pressão de vapor é de 1 atmosfera bmmétrica, igual a 1,033 kgf . cm-2 ou 14,7 ~ b s / ~ o quando l . ~ , a temperatura da água 6 de 100°C (212°F). Se aquecermos o vapor em um recipiente parcialmente fechado (caldeira), a pressão do vapor, dependendo das características da caldeira e de sua operação, pode atingir valores consideráveis. Assim, por exemplo, se a temperatura do vapor for de 17tPC, a pressão do vapor será de 7 kgf .c K 2 manométricos, ou 8 kgf . cm? absolutos. O vapor de água pode se apresentar sob a forma de vapor saturado e de vapor superaquecido. O vapor sarurado, correntemente designado simplesmente por vapor, é produzido em contato com a água e por isso contém sempre alguma quantidade de partículas de água. Se o vapor saturado, produzido na temperatura da água em evaporação na pressão correspondente, não contivesse nenhuma partícula de água, ele seria um vapor sarurado seco. Esse vapor seria o ideal, porém não se verifica quase nunca nas condições práticas. O que ocorre é que o vapor contém certa quantidade de água não-vaporizada e por isso é, na realidade. um vapor saturado úmido. Deve-se procurar obter vapor, o Panto quanto possível, seco, e as próprias tabelas de vapor que se empregam usualmente referem-se a vapor sarurado seco. Quanto mais umidade, isto é, água não-vaporizada, coniiver o vapor, pior será sua capacidade de transferêolia de calor, isto é, de produzir aquecimento. No vapor saturado seco existe uma dependência entre a temperatura e a pressão, como se pode observar na Tab. 9.1. O vapor ~uperaquecidoresulta de um superaquecimento do vapor saturado em superaquecrdores, tomando-se seco, e isto se verifica a uma temperatura mais alta que a temperatura sob a qual é saturado. Não existe uma relação definida entre a que está submetido o vapor superaquec~do,ao contrjno do que ocorre com o saturado seco, a temperatura e a conforme já foi dito. A forma usual de vapor empregado para fins de aquecimento é a do vapor saturado supostamente seco. e que designaremos simplesmente por vapor. O vapor superaquecido é utilizado em turbinas a vapor de centrais geradoras, assunto que. obviamente, transcende as limitações deste capítulo.

Vimos no Cap. 5 que o calor é uma modalidade de energia que é transmitida de um corpo para outro. quando entre eles existe uma diferença de temperatura, e isso se processa do mais quente para o menos quente. O calor da água em fase de vaporização ocorre sempre sob a forma de calor sensível e de calor latente. Calor sensíirel é a quantidade de calor recebida ou cedida pela água produzindo uma variação em sua tenzperurura. A água aquecida na caldeira recebe da fornalha uma certa quantidade de calor graças à qual sua temperatura se eleva e chega a atingir o ponto de ebulição: é o calor sensível da água para essa temperatura. Calcula-se a quantidade de calor sensível pela equação

onde m = massa da água

c = calor específico da água, igual a 1

Sempre que a águacede calor sensível, sua temperatura baixa, e quando recebe calor sensível, sua temperatura se eleva. Calor latente de vaporização da água é a quantidade de calor recebida pela água para passar do estado líquido ao estado de vapor sem variaqão em sua temperatura. É o calor necessúrio ii mudança de estado sem variugüo de temperarura. A água para chegar a vaporizar necessita receber uma quantidade total de calor, que resulta da soma do calor sensíb~el com o qual sua temperatura se eleva até o ponto de ebulição, ou vaporização, com o calor latente, graças ao qual se realiza a vaporização. O vapor gerado possui essas duas parcelas de calor, sendo a quantidade de calor latente maior que a de calor sensível. Assim, por exemplo, se a temperatura do vapor for de 1 51,1°C, a pressão manométrica do vapor será de 5 kgf . cm-2 e teremos: 152,l Cal de calor sensível 503,7 Cal de calor latente

655.8 Cal de calor total

A Tab. 9.1 indica os valores do calor sensível e do calor latente, para diversos valores da temperatura e pressão absoluta correspondente.

9.4

CONDENSAÇAO DE VAPOR

O vapor conduzido a serpentinas de aquecimento, a panelóes de cocção, a autoclaves ou a outros equipamentos no gênero cede seu calor latente às paredes do dispositivo no interior do qual se encontra e ao líquido ou a outro fluido que se pretende aquecer. Cedendo calor latente, como já vimos, a temperatura se conserva praticamente a mesma, mas o vapor muda de estado, voltando a transforniar-se em água, conservando todavia a mesma temperatura que tinha como vapor, isto é, çondensa-se. A água assim tbrmada designa-se pelo nome abreviado de condensado. Vemos, assim. que é o calor latente que irá realizar a operação de aquecimento ou a transformação em trabalho mecânico que dele se deseja. Depois que o vapor se condensa, formando água, esta começa a ceder calor sensível e, por isso, a temperatura da água, ou seja, do condensado, vai diminuindo. Quanto mais elevada for a temperatura com a qual a água entra na caldeira, menos combustível consumirá, pois será necessário um menor número de calorias para aquecê-la até o ponto de vaporização na pressão desejada. Isto equivale a dizer que, se a água entrar numa temperatura maior, a caldeira produzirá mais vapor com o mesmo consumo de energia. Assim, por exemplo. a caldeira ATA- 12 produz I .600 kgf d e vapor por hora com a água entrando a 20°C e produzirá 1.760kgf de vapor por hora se a água entrar a 80°C. Essa diferença de 160 k g f h de vapor representa uma economia de óleo de 12,s kgf por hora, o que dá uma idéia da importância do problema. Conclui-se que há conveniência em aproveitar-se o condensado conduzindo-o à caldeira. Se todo o vapor se convertesse em condcnsado aproveitável e não houvesse, portanto, descarga de vapor vivo íj7ash-sream) na atmosfera em expansores de descarga livre e cm certos equipamentos, nem perdas por vazamentos, não haveria necessidade de água de reposipio na caldeira. Isso, porém, não ocorre na prática. Deve-se, contudo, procurar conseguir que a instalação aproveite ao máxiino o vapor condcnsado, utilizando as linhas de retorno de condensado dotadas dos dispositivos de que trataremos mais adiante. Se a linha do condensado for bem isolada termicamente, a Sgua poderá chegar de volta à caldeira em temperatura acima mesmo de 80°C. Quando se inicia a operaçao com a caldeira, a temperatura da água estará baixa (20" a 25"C), de modo que a produção de vapor scrá cerca de IWo menor do que quando o sistema estiver em regime, com o aproveitamento do condensado. Se o coiidensad« é agente favorável ii economia na operação da caldeira, não acontece o mesmo relativamente a sua a ~ i sobre o equipamentos, tubulações, peças e válvulas pelas quais vem a passar. O condensado quc ocorre, isto é, que se forma nesses elementos, deve ser removido à medida que vai se formando. De fato, tios equipamentos de transferência de calor do vapor para fins de aquecimento, enquanto existe vapor, existe calor latente; logn, calor em grande quantidade. Quando parte desse vapor se transforma em condensudo, essa parcela de coiidensado só possui calor .~ensível,que é aproximadamente a terça ou quarta parte do calor latente que existia antes, embora a temperatura do condensado de início seja a mesma que a do vapor. O condensado, por conseguinte, diminuirá o rendimcnto da transmissão de calor e deverá ser retirado, isto é, drenado, à medida que for se formando. Uma das razões de redução na quantidade de calor transmitido quando há condensado é que a água condensada acumulada nos elementos de troca de calor reduz a área da superfície de aquecimento. Essa área poderia ser aproveitada pelo vapor, que iria atuar segundo seu calor latente, consideravelmente maior que o calor sensível da água, conforme temos repetido. Quando o condensado se acumula em válvulas e peças dispostas na linha, o vapor em elevada velocidade pode realizar um arraste das partículas de água, o que produz erosão. vibração e até mesmo golpe de aríete nas tubulações e peças.

9.5 CONSTITUIÇÃO ESSENCIAL DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR Podemos considerar um sistema de vapor como constituído das seguintes partes essenciais: a) Tubula@o de distribuiqão de vapor. h) Purgadores. eliininadores de ar, válvulas de segurança. bombas de condensado. filtros e válvulas. c) Esta~õesde redução de pressão. d ) Elementos de aquecimento. e) Caldeira e equipamentos complementares da casa de caldeira. Representemos csquematicamente uma instalavão típica de vaplir (Fig. 9. l a): Das caldei~-(~s o vapor vai a um 1)iirriletr dr disrribuig~ioou heudcr do qual partem as linhas alimentadorns priiicil>aisO.@, 9l i r i h a a alimcnta.por exemplo. uma boniba alternativa@. na qual não há apro\,eitamento de condensado. A liiiha@alimenta uma serpentina dc aquecimento de uin tanque de ólco combustível para reduzir a

a

0.0.

0,

Instala~õcsde V a p r

493

Fig. 9.la Fluxograma básico de uma instalação de vapor.

viscosidade do óleo, e o condensado pode ser aproveitado. A linha@ aquece uma serie de equipamentos em uma cozinha, e a linha @ alimenta trocadores de calor industriais ou reatores numa linha de processo. Com exceção da linha todas as demais têm uma linha correspondente de condensado. As linhas de condensado@, @ e @ conduzem a água quente que resultou do vapor que cedeu seu calor latente nos vários equipamentos. até um tanque de água quente Este tanque recebe água fria de reposição para compensar a perda de vapor vivo na bomba 4 . no equipamento@ e em eventuais vazamentos. Do tanque @ a água quente 6 bombeada para a caldeira pela b o r n b a a . No fluxograma não estão representados os purgadores dos quais trataremos adiante. Entre os equipamentos industriais incluimos o n."@, que representa um em que o vapor é perdido seja por integrar-se com produtos do processo, se.ja por estar sujeito ê expansão livre no ar (turbina a vapor, correção de umidade do ar em instalações de ar condicionado etc.).

8.

9.6 TUBULAÇÕES DE VAPOR Uma linha de vapor consta de um banilete. uma ou mais tubulações alimentadoras e ramais para os equipamentos, máquinas e dispositivos que consomem vapor. As tubulações de vapor devem ser consideradas segundo os aspectos seguintes: a) Capacidade de permitir o escoamento do vapor com perda de carga e velocidade aceitáveis. h) Possibilidade deexpandir e retrair sob efeito da variação térmica, ou seja, flexibilidade que não permita a ocorrência de tensões inadmissíveis para os tubos, peças, válvulas, suportes e ancoragens. C) Resistência aos esforços devidos: h pressão interna, ao peso próprio do tubo e seu carregamento, às tensões devidas às variações térmicas e ao traçado geom6tnco da linha. Interessa-nos neste livro, de modo especial, dimensionar a tubulação pela consideração das perdas de carga e da velocidade. Faremos também uma breve referência aos itens b) e c). cujo desenvolvimento e aprofundamento o leitor interessado encontrará nos livros sobre "Tubulações Industriais", indicados na bibliografia deste capítulo.

9.6.1 Caracteristicas gerais das tubulações de vapor As tubulações evidentemente têm de ser escolhidas para suportar a temperaturae a correspondente pressão a que o vapor estará submetido. Para temperatura de vapor até 120°C e de condensado, para quaisquer diâmetros, pode-se usar o aço-carbono A-120 ou

494

Instalaçcirs Hidráulicas Prediais e Industriais

SOLOA

DE ENCAIXE

SOLDA

DE

JUNTA

PL

TOPO

ROSCA

Fig. 9.lb Emendas de tubos.

A-53. A ligação dos tubos se faz com solda de encaixe nos diâmetros de 112" até 2" e com solda de topo, para diâmetros acima de 2". Para diâmetros até 4" é aceitável o tubo de aço-carbono galvanizado com juntas de rosca. Para temperaturade vapor até 200°C. para quaisquerdiâmeiros, pode-se empregar o aço-carbono A-53 ou API-5L, com soldas obedecendo ao que já foi dito. Até 2" pode-se, em sub-ramais, usar o latão ou o cobre. Para temperatura até 360°C, para quaisquer diâmetros, usa-se aço-carbono A-53, API-5L ou A-155, com solda de topo. Relativamente às válvulas. temos: Para temperaturas inferiores a 120°C: - Diâmetros até 2" -carcaça e mecanismo de bronze; extremidades rosqueadas. -Diâmetros acima de 2" -carcaça de ferro fundido. Mecanismo de bronze; extremidades com flanges planas. Junta de amianto grafitado. Para temperaturas até 200°C: - Diâmetros até 2" -carcaça e mecanismo de bronze; extremidades rosqueadas. -Quaisquer diâmetros -carcaça em aço-carbonoe mecanismos de bronze. Extremidades: Até 2" - solda. Acima de 2" - flanges com face em ressalto. Juntas planas de amianto grafitado. Para temperaturas até 380°C: -Para quaisquer diâmetros - carcaqa de aço-carbono e mecanismo de aço inoxidável tipo 410. Extremidades: Até 2" -solda. Acima de 2" -flanges de face com ressalto. Juntas metálicas de aço inoxidável com alma de amianto. Para unir as tubulaçóes às válvulas flangeadas é necessário adaptar flanges aos tubos. Essas devem ser de aço-forjado ou aço-carbono, conforme o material do tubo,tipo de pescoço, com face em ressalto ou face para junta de anel.

9.6.2 Dimensionamento das linhas de vapor Nas linhas de vapor saturado, a fim de evitar perdas de carga elevadas e erosão das tubulações, em geral adotam-se os seguintes valores para a velocidade do vapor: -ramais secundários e linhas curtas: I? a 15 m . s-I. - linhas alimentadoras: 15 a 30 m s- . O dimensionamento das tubulações pode basear-se em dois critérios; a) Critério da velocidade. Usa-se apenas para ramais individuais, isto é, sub-ramais de peças ou equipamentos. Neste caso, fixa-se o valor que se considera ceitável para a velocidade e, em função da descargaem peso (kgfhora ou kgflmin). encontra-se em tabela apropriada o diâmetro correspondente. Podemos utilizar a Tab. 9.1 elaborada pela Indústria e Comércio Sarco Sul-Americana S. A,, empresa que além de fabricar toda a linha de vAlvulas e acessórios para vapor e ar comprimido, através de cursos ministrados por seus engenheiros e pela difusão de excelente literatura técnica, tem ensejado a muitos o conhecimento das questóes ligadas à geração e dishibuição de vapor.

.

495


Tabela 9.1 Dismetm d o tubo em funçáo d a descarga, d a pressão e d a velocidade d o vapor

I

I

I

I

Diâmetros

Pressáo kgf.cm-a Veloc. (relativa)

1

Y4

1%

1%

2

2%

3

4

5

6

Valores da descarga-peso (kgfhora de vapod

m.s-l

Tabela da Ind. e Com. SARCO Sul-Americana S.A

Exemplo: Suponhamos que se deseja escolher o diâmetro da tubulação para uma descarga de 480 kgfhora de vapor, sendo a pressão relativa inicial na linha de 7 kgf cm?. Adotemos para velocidade de escoamento v = 15 m . C'. Entrando na Tab. 9.1 com esses valores, iremos encontrar no alto da tabela o diâmetro de 2" como capaz de permitir o escoamento de 495 kgfhora de vapor. O valor que desejamos é de 480 kgfthora, de modo que haverá um escoamento com velocidade ligeiramente menor. Pode-se usar a fórmula (9.2) para determinação do diâmetro:

.

sendo as seguintes as unidades:

Q

- kgfh

v - m . s-I D - cm

y

-

volume específico (m3/kgf)

Temos no caso: Para apressão relativa de 7 kgf .cm-'. isto 6,pressão absolutade 8 kgf .cm-'. um volume especifico de 0,2448 na Tab. 9.2. Aplicando a fórmula 9.2, obtemos:

496


Tabela 9.2 Tabela d e valores para vapor saturado Pressão absoluta kgf . cm-'

4 5 6 7 8 9 10 I1 12 13 14 15 16 18 20

Temperatura

Volume específico

Calor sensível

Calor latente

Calor total (entalpia)

"C

m3kf

kcalkgf

kcallkgf

kcakgf

142,9 151,l 158.1 164.2 169.6 174.5 179.0 183.2 187,l 190,7 194.1 197.4 200.4 206.1 211.4

0,4706 0,3816 0,3213 0,2778 0,2448 0,2189 0,1981 0,1808 0,1664 0,1541 0,1435 0,1343 0,1262 0,1126 0,1016

143.6 152.1 159.3 165,6 171.3 176.4 181.2 185,6 189,7 193,5 197.1 200,6 203.9 210.1 215.8

5093 503,7 498.5 493,8 489.5 485,6 481,8 478.3 475.0 471.9 468.9 466.0 667.1 457.8 452.7

653,4 655,8 6573 659,4 660,8 662,O 663,O 663,9 664.7 665,4 666,O 666,6 463.2 667.9 668.5

b) Critlrio da perda de carga. É o que se deve empregar em ramais e linhas principais se possuírem muitas peças e acessórios. O problema pode ser abordado de duas maneiras: a) Conhecem-se a descarga, o volume específico e o diâmetro, e calcula-se perda de carga J. b) Conhecem-se a descarga e o volume específico, fixa-se o valor permitido para a perda de carga e calcula-se o diâmetro D. As fórmulas a empregar podem ser as usadas pela SARCO no preparo de sua régua de cálculo para vapor:

.

J - kgf ~ m - ~ / 1 0m0 Q-k!m Y -mJkgf D-cm

a) Perda de carga I

I

"

I

b) Diâmetro

Tanto num caso como no outro, conhece-se o comprimento real L, da linha. No caso a) conhece-se o diâmetro e também quais as conexões e peças intercaladas na linha, de modo que podemos fazer como vimos no caso das tubulações de água fria, em que achamos os comprimentos equivalentes das peças, isto é, o L,,, e os somamos ao comprimentoreal, L, a fim de obtemos o comprimento total da linha L,. Podemos utilizar a Tab. 9.3 para obtemos os comprimentos equivalentes. No caso b), como não sabemos de início qual é o dilmetm. não temos como achar o comprimento equivalente correspondente às conexóes e peças. Então, numa primeiraaproximação se considera0 comprimento real acrescido de 20 a 35%. se a linha for curta, e de 10 a 15%, se for longa e retilínea (cerca de 100 m ou mais). Calcula-se em seguida0 diâmetro D e se podem então achar os comprimentos equivalentes, somá-los ao comprimento real. encontrar assim o L, e repetir o cálculo. Exemplo

Suponhamos uma linhacom 150 m, sendo apressão manométnca inicial igual a7,O kgf . cm-2 e afinal igual a6,5 kgf Deseja-se receber 470 kgfh de vapor. O comprimento total da linha, supondo 15% de perdas, será: 150+(0,15x 150)= 172.5m. A perda de carga em kgf/cm2/100m seri4

Inaialn@~livsrir Vnpor

497

Tabela 9.3 Comprimentos equivalentes correspondentes a conexões e válvulas e m l i n h a s d e v a p o r

I

I

Diâmetros (~01.)

Pecas Curva de 22"30. (R= 1,5 .D) Curva de 45" (R= 1,5 .D) Curva de 45' (R = D) Curva de 9v R=1,5.D

Curva de 90" R=D

Tè de passagem direta Curva de 180"

R=D Tè de saída bilateral Tê de saída

reten@o leve Válvula de retenção pesada VBlvula angular aberta Válvula gaveta aberta Válvula globo aberta Redução concêntrica

Para uma pressão absoluta de (7 Temos, portanto:

+ 1) = 8 kgf . ~ m - o~volume , específico (Tab. 9.2) é igual a 0,2448 m3kgf

Usaríamos o tubo de 2", que. pelo cálculo do item a), proporciona um escoamento com velocidade de 15 m . s-I. Pode-se usar uma outra fórmula, que fornece com boa aproximação o valor da velocidade, e que é

Onde, Q é dado em kgflhora y é o volume específico, em m3/kgf S é a área da seção de escoamento do tubo, em cm2 Com o mesmo exemplo anterior, calculemos a velocidade por esta fórmula:

O valor é um pouco acima do anteriormente encontrado (15 m . C ' ) O gráfico da Fig. 9.2 permite, entrando-se na escala à direita com a descarga em kgfhora, e na escala horizontal com a pressão absoluta em kgf . cm-', obter o diâmetro da tubula$ão. O gráfico foi elaborado considerando velocidade elevada, resultando diâmetros reduzidos.

I

498

lnstalacõcs Hidráulicas Prediais e Inditsfriais

P R E S S IAO B S O L U T A ( kgf.cm-e ) 0 0 0 0

BOimCrm

0 n

O e

g

2e.0-

rn

t

m

e,

r(

100.000 9 8 7

e 5 4

3

2

10.000 7 5 4

a

Y o Y

O

2

: r a O

D W O

1900 9 8

7 6

5 4

3

e

LIIII I I I I I 1 I

100

Fig. 9.2 Gráfico da descarga de vapor em função do diâmetro e da pressão.

9.7 CAPTAÇÃO E REMOÇÃO DO CONDENSADO Vimos que o vapor, ao transferir seu calor latente de vaporização na operação de aquecimento, seja em dispositivos e equipamentos destinados a esse fim, seja por perda ao longo das tubulações, peças e válvulas, sofre uma condensação, constituindo-se numa mistura de vapor e condensado. Temos que remover o condensado formado em cada equipamento e ao longo das tubulações, peças e válvulas. Essa remoção se realiza com os separadores e os purgadores. Antes de descrevemos esses acessórios, façamos algumas considerações preliminares. - As tubulações de vapor devem possuir uma inclinação no sentido do escoamento de pelo menos 0,5%. Com isso, o condensado tende a descer acompanhando o fluxo do vapor. Se a inclinação fosse ascendente, isto é, com o fluxode vapor

Instnlaçdes de Vapor

Y

499

CONDENSADO VAI A 0 PURGADOR

Fig. 9.3 T i para coleta de condensado.

de baixo para cima, o vapor arrastaria o condensado em sentido contrário àquele que se deseja, que é o de escoamento por gravidade da água depositada. - É necessário, de trechos em trechos de uma linha alimentadora de vapor, colocar dispositivos que coletem o condensado. Essa distância varia de 30 a 50 m e os pontos de coleta chamam-se pontos de drenagem. Nos pontos baixos de uma linha de vapor e nas descidas também devem ser instalados esses pontos de drenagem. Uma das formas mais simples de captar o condensado consiste em instalar-se um Tê com o mesmo diâmetro da tubulação a ser drenada. Na parte inferior do Tê, se adapta um tubo de pequeno diâmetro, o qual é ligado a um purgador. Não se pode simplesmente ligar um tubo de pequeno diâmetro de purgador h tubulação de vapor, porque a quantidade de condensado que chegaria ao purgador seria apenas parte do total produzido. Portanto, a coleta adequada do condensado é condição para uma drenagem eficiente por parte do purgador. - Àsvezes alinhaé muito longa, demodo que não se consegue, no espaço de que se dispõe, executá-lacom adeclividade aconselhada de 0.5%. Se a linha tiver 150 m, por exemplo, teremos um desnível de 75 cm, o que poderáeventualmente ser inaceitável. Nesse caso, divide-se a linha em trechos de igual declividade colocando-se na parte baixa de cada trecho um poço de coleta de condensado, ligado a um purgador (Fig. 9.4). - Na parte inferior de um trecho vertical da linha, tambémé necessário remover o coiidensado que se forma (Fig. 9.5). - Na extremidade horizontal de uma linha principal, deve-se também colocar um p g o d e condensado e um purgador de ar, além do purgador com filtro e um registro (Fig. 9.6). P050 DE COLETA DE CONDENSADO

PUROAOOR

Fig. 9.4 Linha de vapor extensa, dividida em lances. para obtenção da declividade necessária VAPOR E CONOENSAOO

Fig. 9 5 Extremidade inferior vertical da linha.

Fig. 9.6 Extremidade horizontal da linha.

500

Instalaçõus Hidráulicas Prediais e Industriais

O ar expelido pelo purgador ou eliminador de ar pode ser lançado livremente na atmosfera ou conduzido ao tubo do condensado.

9.7.1 Separadores de condensado Existemdispositivos mais apropriados &captaçãodo condensado que o poço ou pote de condensado aque acabamos de nos referir. Trata-se dos separadores, nos quais se provoca um alargamento bmsco da seção de escoamento a fim de reduzir a velocidade do vapor. No interior do separador existem placas criteriosamente colocadas, de modo a provocar a mudança na direção de escoamento do vapor e, conseqüentemente, a separação de goticulas de água, que vão se formando e sendo dirigidas para a parte inferior do separador. de onde seguem por um tubo, at6 o purgador. O separador deve ser colocado: - à saída das caldeiras: - em cada ramal de alimentação de equipamentos e máquinas, como, por exemplo, no ramal de um esterilizador; - antes das válvulas de redução de pressão ou de temperatura; - nas linhas alimentadoras, de 30 em 30 m ou de 50 em 50 m (como solução prefenvel a do poço de condensado com forma de T). A SARCO fabrica dois tipos de separadores de condensado para vapor e de umidade para ar comprimido: - O tipo vertical, SPV, para ramais de vapor de 3/8", 112". 314" e L" de diâmetro e pressão até 200 psi. - O tipo horizontal, SPH, de ferro fundido, para tubulqões desde 1 112" até 8" e pressões até 150psi a temperatura de vapor saturado. A Fig. 9.7 mostra um corte num separador SARCO SPH, e a Fig. 9.8, um separador SARCO SPV colocado no ramal de alimentação de um esterilizador de hospital.

9.7.2 Purgadores Chamam-se purgadores os dispositivos destinados a remover o condensado dos separadores, dos Tês e dos equipamentos onde o mesmo se forma, sem que ocorra perda de vapor. São elementos indispensáveisnuma instalação de vapor, para se obter vapor seco (com pouca umidade). Conforme o princípio segundo o qual operam, os purgadores se dividem em três categorias: 1.' Purgadores mecânicos, que funcionam graças aos dispositivos que atuam pela diferença de densidade da água e do vapor. 2." Purgadores termostáricos, baseados na diferença de temperatura enire o vapor vivo e o condensado após certo tempo de formado. Isto porque, como já vimos, logo ao formar-se. o condensado se acha na mesma temperatura do vapor. 3." Purgadores termodinâmicos, operando segundo o Princípio da Conservaçâo de Energia para os líquidos que regula a interdependêucia entre a energia potencial e a energia cin6tica do líquido em escoamento. A diferença entre as velocidades do vapor e do condensado provoca o deslocamento de uma válvula de disco. Quando aumenta a velocidade do vapor, a válvula fecha, e quando a velocidade do condensado toma-se baixa, ela se abre, permitindo a saída do condensado. Vejamos algumas indicações quanto aos purgadores:

MEDIDAS EM MM

Fig. 9.7 Purgador SARCO harizontal SPH.

Instalaç&s de Vapor

501

S E P A R A D O R S A R C O SPV

I~~

PURCADOR DE

PU S A R C FT 550 DE B z l &

-

R O A W R S A R C O S. 65

~ w o s ~ d r i cDEo PRESSXO U I LIBRADA

Fii. 9.8 Esquema SARCO para instalação de vapor em autoclave

Purgadores mecânicos Praticamente todos os tipos possuem uma bóia cuja atuação permite a admissão de condensado e vapor, mas a saída apenas de condensado. A bóia pode ser uma esfera oca ou ser constituída por uma peça com formato de um balde (tipo balde). Purgadores de bóia simples Os purgadores de bóia podem ser defuncionamento contínuo e defuncionamento intermitente, sendo os primeiros mais usados, pois, sendo contínua a descarga de condensado, não afetam o processo de troca de calor. Não devem, todavia, ser usados para pressões muito altas. A Fig. 9.9 mostra um purgador de bóia com alavanca. O condensado (com algum vapor) entra pelo orifício A e se acumula até que a bóia se eleve a um ponto em que a alavanca B faz com que se abra uma válvula C. O condensado, sob pressão do vapor reinando em D, sai pelo orifício E. Quanto maior for a vazão de condensado. mais se abrirá a válvula C. A abertura para escapamento do condensado dever6 ser tanto maior quanto maior for a vazão de condensado e a pressão do vapor. A válvula ocupará uma posição correspondente a cada vazão, de tal modo que o escoamento far-se-á continuamente, desde que entre condensado no purgador.

Fig. 9.9 Purgador de bóia simples com alavanca.

Purgadores de bóia tipo tennosrótico com eliminador de ar Quando o fornecimento de vapor a uma instalação é interrompido, inicia-se um processo de penetração de ar, seja por juntas mal vedadas, seja pelos próprios equipamentos ou por saídas de vapor deixadas abertas. O ar pode ficar bloqueado nos purgadores ao ser reiniciado o suprimento de vapor, prejudicando e até impedindo o funcionamento dos mesmos. Para elirninàr o ar quando a caldeiraé ligada e desligada com muita freqüência, usa-se o purgador termostAticode Mia, para não ser preciso manobrar registro de purga de ar, que se deve usar com outros gurgadores. Vejamos como funciona o purgador SARCO FT,que C do tipo que estamos considerando (Fig. 9.10).

502

lnstaiaçaes Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 9.10 Purgador tetmost6tico de bóia SARCO FT.

Quando o vapor está desligado, a bóia B está baixa e a válvula C, fechada. Como o purgador está frio, o termostato D está contraído, de modo que a válvula F se acha afastada de sua sede G. Ao ser ligado o vapor, o ar no interior do purgador é compelido a escapar pelo orifícioE até a bocade saída H do purgador. A medida que entra vapor no purgador, o termostato se expande e aos poucos vai fechando a passagem entre a válvula F e a sede G, de modo a não permitir o escapamento de vapor por G. Entrando o condensado no purgador pela abertura A, o nível da água se eleva, erguendo a bóia B, e, pelo movimento do sistema articulado, abre a passagem C para que o condensado seja eliminado. Esse tipo de purgador é muito conveniente quando se tem que elevar o condensado para uma linha alta e quando pode ocorrer grande variação no regime de pressão. A Sarco fabrica o purgador termostático de bõia tipo FT,e a Gestra latino-americana. o purgador Gestra-KSB Série Una 2. Purgadores de bóia com eliminador de vapor Quando se verifica uma retenção de vapor no purgador em razão de condições prbprias a um dado processo, esse vapor preso acumula parte do condensado, retendo-o, impedindo que passe totalmente para o estado líquido e, portanto, não permitindo que a báia atue abrindo a válvula. Para eliminar o voporpreso, usa-se, em certos tipo: de purgadores de bóia, uma pequena válvula tipo agulha, comandada por uma mola, denominada eliminador de vapor. E o caso do purgador SARCO FT c/SLR (Fig. 9.1 I), dos tipos i T R e FTS. Esses tipos são recomendados quando não for possível colocar o purgador na parte mais baixa da instalação. Existem purgadores que contêm o dispositivo termostático e o eliminador de vapor.

Fig. 9.11 Purgador termostático de Wia SARCO FTR (pressões até 75 psi) e FTS (pressões até 125 psi).

Purgadores de balde São purgadores de funcionamento intermitente, nos quais a válvula do purgador 6 acionada por um balde. Existem dois tipos: Purgador de balde aberto (parte aberta para cima). É o caso do purgador OGDEN da SARCO, usado até para altas pressões. Resiste ao golpe de aríete. Expele o ar lentamente. Purgador de balde invertido. É menos usado que o anterior.

-

Purgadores termostáticos Conformejádissemos, seu funcionamentobaseia-se na diferença de temperatura de vapor e do wndensado, algum tempo

503

Instalafães de Vapor

Fig. 9.12 Purgador OGDEN de balde aberto da SARCO.

depois de este haver-se formado. É por isso usado quando é possível instalá-lo longe do ponto de drenagem, isto é, de coleta. para que o condensado comece a resfriar no tubo de coleta e não no espaço de vapor do purgador. Existem diversos tipos, entre os quais mencionamos:

Purgodores depressão balanceada (Fig. 9.13) Possuem um elemento termostático A constituído por um fole de metal contendo um líquido volátil que se expande ou se conmi conforme o sentido de variação da temperatura. Esse movimento determina o deslocamento de uma válvula B que gradua a saída do condensado por C. Possuem grande capacidade de eliminação de ar. TAMPA 7P O R C A

MOST'TICO M I S T U R A DE

CONTENDO

ÁLCOOL

5 FFlg. 9.13 Purgador termosttltico de pressão balanceada SARCO S-125.

Purgadores de expansão liguidn Possuem elementos termostáticos que, pelas suas caractensticas, deixam sair o condensado quando a temperatura do mesmo baixa a um valor predeterminado, ou melhor, a uma faixa de variacão de temmratura oreestabelecida. É um purgador usado quando não se tem necessidade de um controle miito rigoroso de temperatura, substituindo, portanto, o desempenho de uma válvula automática de controle de temperatura, a qual é deseiável nos casos em aue o Drocesso não permite essa faixa de variação. No aquecimento com vapor em serpentinas em tanques de 61eo combustível de APF (Alto Ponto de Fluidez), os purgadores deste tipo realizam um razoável controle de temperatura, pois, embora se imponha um valor para o limite inferior de tem~

.

L

504

Instalaçõeç Hidrdulicas Prediais e Industriais

L I N H A DE VAPOR

- ----I~METRO DESCARGA DO CONDENSADO

~.

SERPENTINA

OTON' S A R C O

Rg. 9.14 Instalação de purgador Thermoton SARCO tipo C, numa instalação de aquecimento com serpentina de vapor.

peratura, não há maior inconveniente se o valor da mesma exceder em alguns graus centfgrados. A SARCO fabrica esses purgadores sob a designação de Thermoton Sarco C. Purgadores bimetducos Possuem uma ou mais lâminas (fitas ou discos) constituídas por dois metais de coeficientes de dilatação térmica bem diferentes um do outro. No caso de fitas ou tiras, o metal de maior coeficientede dilatação, expandindo-se mais do que o outro, sob efeito do calor, se curva com maior raio de curvatura. Esse movimento da fita ou de um disco bimetálico. se for o caso, é aproveitado para provocar a movimentação de uma vPlvula, no que é auxiliada pela press5o do vapor e o fluxo do condensado. A Fig. 9.15 representa um purgador termostático bimetálico de SARCO, modelo SM-250, sendo o elemento bimetálico constituído por uma série de discos. Tais purgadores resistem bem aos golpes de aríete e à conosão. São bons eliminadores de ar e, como tais, recomendados para pressões acima de 7 kgf ~ m - ~ .

.

Fig. 9.15 Purgador termostAtico bimeMico SARCO-Mod. SM-250.

GAOOR BIMETÁLICO S A R C O SM-250

Fig. 9.16 Instalqão do purgador termostático bimetálico SARCO SM-250.


505

Purgadores temodinâmicos Devem ser instalados distantes do ponto de drenagem. Se forem usados para drenarem um espaGo contendo vapor livre de condensado, como é o caso dos traçadores (rracers)para aquecimento de uma linha de líquido de elevada viscosidade, devem ser instalados a aproximadamente 2 m do ponto de drenagem do tracer. Não necessitam de válvula de retenção. A Gestra fabrica esse tipo de purgadores, a que denomina purgadores de vapor termodinâmicos, sob a designação de duocondensômetros Gestra-KSB-séries BK 17-112. Purgodores d e disco nuível Possuem um disco que pode elevar-se descarregando condensado à temperatura do vapor e vedar hermeticamente a abertura de saída, antes de qualquer escape de vapor vivo. Funciona intermitente e ciclicamente, exceto quando a carga de condensado atinge a capacidade plena do purgador. Em condições de carga leve, o purgador termodinâmico reduz automaticamente seu ciclo de abertura. Existem dois tipos: a) Pur~adorestemdinâmicos simples. O disco trabalha inclinado, do que resulta um desgaste localizado. Funcionam mínima de 0,3 kgf cm-2 e com um máximo de 60%de contrapressão (pressão-do lado do condensado) em com relação à pressão de entrada. A Fig. 9.17 mostra um purgador-série 30 YARWAY, usado em tracers de vapor, equipamen. . tos de lavanderia e tinturaria etc. b) Purgadores termodinâmicos comfluo distribuído. O disco 6 paralelo à sede e, portanto, se desgasta uniformemente. Podem trabalhar com contrapressãode 80 a 90%. conforme o tamanho, e requerem uma pressão mínima de trabalho de 0.2 kgf . c K 2 e operam até uma pressão máxima de 42 kgf cm-'. Não são afetados por golpe de aríete, vapor superaquecido,vibrações e condensado corrosivo (pois são de aço inoxidável). A Fig. 9.18 mostra um purgador termodinâmico SARCO TD, e o gráfico da Fig. 9.19 permite a escolha do purgador Tü,em função da pressão diferencial (pressão na entrada menos pressão na saída do purgador) e da vazão de condensado. Para uma pressão diferencial de 7.5 kgf/cm2,com o purgador TD-52,de 112" consegue-se remover 370 kgf de condensado por hora, e com o de 314" removem-se 540 kgfhora. Há fabricantes que designam os purgadores temodinâmicos de disco como purgadores tipo impulso (Fig. 9.20), enquanto ouuos preferem reservar essa designação para o tipo em que o disco é complementadopor uma válvula oca seme-

.

.

Fig. 9.17 Purgador tcrmodinlmico simples (de impulso) YARWAY - Série 30.

Fig. 9.18 Purgador termodinâmico SARCO TD.

Fig. 9.19 Gráfico para escolha de purgador SARCO TD-52.

506

Instalações Hidráulicas Prediais e lndustriais

Fig. 9.20 Purgador de impulso-séries 60, 120 e 290 da YARWAY (distribuído pela Niagara S.A.).

lhante a um pistão alongado, tendo uma pequenxabertura em sua parte superior. Este tipo de purgador trabalha com grande limite de variação de pressões e não bloqueia ar em seu interior. Ele elimina o ar sem necessitar de válvula termostática especial. Aplicam-se os purgadores termodinâmicos e de impulso em instalações de: autoclaves, alambiques, aquecedores de óleo, serpentinas de aquecimento, caldeirões e panelões de cozinha, equipamentos de lavanderia e tinturaria, unidades de aquecimento.

Purgadores de fluxo distribuúlo cornfiItru incorporado Tanto os purgadores simples quanto os de fluxo distribuído e os de impulso podem ter incorporado o filtro: formando um conjunto único, compacto, de dimensões reduzidas. As Figs. 9.21 e 9.22 mostram, respectivamente, um purgador normal, série 130, com filtro e vslvula de descarga da YARWAY e um da sbrie 129 Y, indicados para steam tracers (tubulações de vapor para aquecimento de linhas de óleo combustível), pontos de drenagem de linhas de vapor, lavanderia e tinturaria, aquecedores de 61eo etc.

Fig. 9.21 Purgador com filtro e válvula da YARWAY-série 130 (Niagara S.A.).

Disco da Valvula Tampa

--

Tela

-

L ~ a x e t daa Tampa

i

4

Tampa do Filtro

Fig. 9.22 Purgador de fluxo distribuído (impulso) da YARWAY-série 129 (Niagara S.A.).

instalapiei.de Vapor

507

Exemplos de indica@ para escolha de purgadores Tipo Linhas principais, com separadores de umidade Linhas principais, com peças T Extremidade de linhas principais Ramais de máquinas e equipamentos Calefação Trocadores de calor (serpentinas em reservatórios) Radiadores a vapor para aquecimento de ambientes Calefatores por convecção tipo armário Unidades calefatoras Trocadores de calor de alta pressão Cozinhas Panelòes Autoclaves de cocção por vapor direto Esterilizadores de hospitais Evaporadores Alambiques pequenos e intermitentes Alambiques de produção contínua Tubulações de secagem em estufas Cilindros de secagem Pranchas de passar roupa Vulcanizadores Tanques de 61eo combustível Trafadores de vapor Tubulações com camisa de vapor Instala~õeselevatórias de condensado

- Termodinâmico (TD). termostático de bóia ou - Termodinâmico ou balde invertido. - T e d i n â m i c o (TD) ou balde invertido.

balde invertido.

- TD ou de bóia. -

Bóia -termostático de bóia

-

Temostático, de pressão equilibrada ou TD.

- Bóia ou TD. -

Bóia ou TD. Termostático de pressão equilibrada.

-

Termostático, de pressão equilibrada ou bóia

- Bóia. - Temostático de pressão equilibrada. - Bóia ou TD . - Bóia. -

TD.

- Termostático. Bóia com válvula de eliminação de vapor (SLR). - Bóia com SLR ou TD. -

Bóia tipo Ogden (SARCO).

- Balde aberto tipo Ogden (SARCO'). - Termostático bimetálico ou TD. -

Termostático bimetálico ou TD. Bomba automática, por exemplo. a Ogden da SARCO.

9.8 TUBULAÇÃODE RETORNO DO CONDENSADO Vimos que nos processos de aquecimentode vapor é de toda a conveniência conduzir o condensado, de modo que possa realimentar acaldeira, e isso numa temperatura próxima de 100°C. Deste modo, a caldeira terá que elevar a temperatura de um diferencial muito menor do que teria, caso a água fosse admitida fria. Assim fazendo, economiza-se cerca de 1% de combustível paracada5T de aumento da temperatura da água de alimentação da caldeira, o que dá uma idéia da vantagem citada. Completa-se com água de reposição (make-up)a que se perdeu sob a forma de vapor livre em operação de processo de mistura, no acionarnento de máquinas ou, ainda. por fugas. O condensado deve seguir por uma tubulação até um reservatório onde receberá a água adicional, sendo em seguida bombeado para a caldeira. Em alguns casos, pode-se executar uma linha de condensado, de modo que por gravidade este chegue a um poço para daí ser bombeado até o reservatório elevado ou mesmo diretamente para a caldeira. Em outros casos, tem-se que recolher o condensado próximo do equipamento e bombeá-lo ate o reservatório, seja porque não se consegue declividade suficiente para a linha, seja porque esta se encontra num nível em que o purgador não tem condiçòes de enviar o condensado. É nesse caso que se usa uma bomba de condensado, cuja energia motora é fornecida pelo próprio vapor. É desse gênero a bomba Ogden-SARCO, que substitui uma bombacentrífuga quando, em razão da temperatura da água e da insuficiente altura estática de aspiração da bomba, não se tem suficiente NPSH disponível.

Dimensionamentu da linha de condensado - Desenha-se preliminarmente a linha de condensado de modo que passe, tanto quanto possível, próximo de todos os pontos onde há purgadores cujo condensado a linha irá receber. - Determina-se a quantidade de condensado a drenar; ou melhor, a descarga-peso de condensado nos ramais e linhas principais de condensado. Convém notar que, no começo da operação. a tubitlação está fria e, por conseguinte, a quantidade de condensado que se forma pode chegar a ser o dobro ou ate o triplo do condensado produzido com a instalação em condiçóes normais de operação. Nesta fase inicial, a pressão diferencial (entre a entrada e saída do purgador) é muito pequena, de modo que haverá maior dificuldade na drenagem de condensado do purgador para a linha. Quando as condições de carga inicial não forem conhecidas, podem-se projetar as linhas considerando-se o dobro da descarga em operação em regime normal.

508

Instala~õcsHidráulicas Prediais e Industriais

Assim, se a previsão de produção de vapor da caldeira for de 1.500 kgf de vapor por hora, admitindo todo esse vapor transformado em água, se supusermos apenas umaunica tubulação de condensado, esta, no trecho de maior vazão, deverá ser prevista para 3.000 kgf de água por hora, ou seja, 3.000 Ih. Com o valor da descarga e o desnível possível para escoamento do condensado, obtém-se o diâmetro usando-se uma das fórmulas vistas no Cap. 1 (Fair-Whipple-Hsiao. por exemplo). A declividade é o próprio valor da perda de carga, que, no caso, corresponde ao desnível disponível. Suponhamos que a tubula@o de retomo dos 3.000 kgf de condensado tenha 80 m de comprimento e que o desnível neste trecho seja de 40 cm. 0 , m = 0.005, isto 60,570 ou 0.5 c d m . A declividade é, pois, de -

80

Usando a Tab. 9.4, entrando com os valores i = 0,5 c d m e Q = 3.150, obtemos o diâmetro de 2" Determinação da quantidade de condensado Para se determinar a quantidade de condensado formado durante a fase de aquecimento, portanto na situação mais desfavorável, pode-se proceder da maneira abaixo indicada. utilizando-se a fórmula

sendo Q - a quantidade de condeniado formado, em libras C - calor específico do aço = 0,114 Btuiih P - o peso da tubulação de vapor, de aço, no trecho onde se considera formando o condensado, expresso em libras t, - a temperatura inicial da tubulação, suposta igual à do meio ambiente, expressa em°Farenheit t, - a temperatura final da tubulação, que será igual a do vapor, expressa em "Farenheit

L

-

o comprimento da tubulação, em pés

Exemplo

Uma linha de vapor de 4" com 20 m de extensão transporta vapor saturado sob a pressão de 11 kgf . cm-2 (156,5 psi). A temperatura ambiente é de 25°C (77°F). A tubulação é de aço schedule 40, cujo peso é de 16,l kgflm (10,79 Iblpé). Determinar a quantidade de condensado formado durante a fase de aquecimento da linha de vapor. Peso da tubulafão: P = 20 (m) x 3.28 x 10.79 = 707,5 Ib Temperaturas: inicial da tubulação t, = 77°F Na Tab. 9. I. vimos que, para a pressão absoluta de 11 kgf . cm-', a temperatura do vapor é de 183,2"C (361,7"F), portanto t - 361,7'F. Comprimento da linha L = 20 (m) x 3,28 = 65.6 pés. A quantidade de vapor formada durante o aquecimento é:

Jr

Q = 0,i i4 x 707.5 x (361.7 - 77,O) = 350 lb = 159 kgf

65.6 Teremos formados 159 kgf de condensodo. Pode-se admitir 5 minutos como o tempo durante o qual se prcdur o aquecimento da linha e a formação desse condensado e teremos:

-

159 c 5 = 31,S kgflmin = 1.908 kgfh 3 1 8 llmin =0,53 1 . sC1 Com o valor da descarga, conhecendo-se a declividade disponível para o tubo de condensado, pela Tab. 9.4 se acha o diâmetro do mesmo. Se a declividade for de 0,2 c d m , isto é, se o desnível for de 40 cm, o tubo de retomo de condensado terá 2". Pode acontecer que o condensado deva ser escoado pela ação da pressão do vapor e não pela ação da gravidade. Vejamos como determinar neste caso o diâmetro da linha de condensado. Chamamos de Q - a carga de condensado em Iblh d - o diâmetro da linha de condensado em polegadas h, - entalpia (calor total) do condensado na pressão de formação do mesmo, em BtuAb h, - entalpia do condensado na linha de condensado, na pressão a que a linha se acha submetida, em Btdib

Instningãus dr Voyor

509

Tabela 9.4 Tubulação d e condensado Perda de carca J

mdm 0,s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 35 40

Diâmetro d a tubulação d e condensado Decli- 112" 314" vidade ícm/m) 0.05 O. I 0.2 0,3 0.4 0,5 0,6 0.7 0.8 0.9 1 1.5 2 2,s 3 3.5 4

22 38 55 75 85 95 I01 108 112 118 L22 L48 175 200 228 256 300

60 100 145 180 210 240 260 290 310 330 350 430 500 570 630 680 720

1"

1Yf

2"

1%"

2%"

3"

4"

5"

6"

kgfh d e condensado 130 200 290 360 420 470 520 570 610 650 690 850 1.000 1.130 1.250 1.300 1.400

300 450 640 780 910 1.000 1.140 1.245 1.300 1.450 1.550 1.780 2.100 2.400 2.670 2.900 3.020

450 680 980 1.220 1.430 1.600 1.750 2.000 2.080 2.210 2.300 2.900 3.400 3.800 4.200 4.600 4.900

910 1.330 1.940 2.400 2.800 3150 3.500 3.800 4.050 4.350 4.600 5.700 6.690 7.500 8.300 9.000 9.700

1.800 2.700 3.900 4.900 5.700 6.400 7.100 7.750 8.250 8.800 9.350 11.600 13.500 15.300 16.950 18.400 19.500

3.000 4.380 6.380 7.900 9.200 10.400 11.450 12.500 13.400 14.250 15.100 18.750 21.950 24.500 27.300 29.800 31.000

6.000 9.000 13.000 16.250 18.950 21.300 23.500 25.800 27.500 29.300 31.000 38.550 45.000 50.800 56.000 61.000 65.000

11.000 12.600 16.000 27.000 31.500 35.500 41.000 44.000 46.000 49.MM 52.000 61.000 70.000 79.000 90.000 98.000 105.000

15.500 19.000 25.500 45.000 51.000 58.000 64.000 70.000 75.000 80.000 84.000 98.500 115.000 130.000 135.000 154.000 164.000

V< - volume específico do vapor na pressão da linha de condensado (pé'/lb) C, - calor latente de vapor na pressão da linha de retomo ( B d b ) v - velocidade em péslmin O diâmetro é calculado pela fórmula (9.7) 3.06 . C> . V , . . (h,, - /i,) L,.

c,

Exemplo Em uma instalação, a quantidade de condensado produzida é de 3.000 kgf por hora (6.612 Ibíh). A pressão absoluta na linha de vapor 6 de 11 kgf . cm-2 (156.4 psi) e na linha de condensado é de 0.45 kgf . c K 2 (5 psi). A velocidade na linha de retorno deve ser da ordem de 10 m . s-I, ou seja, 2.000 péslmin. Determinar o diâmetro da tubulação de condensado. Obtemos em tabela de propriedades do vapor: Para pressão de 11 kgf . cm-': h, = 663,9kcal/kgf ou 1.195 Btuilb Para pressão de 0,35 kgf . cm-': h, = 628,2 kcaykgf ou 1.130Bdb Volume específico a 0,35kgf . cm-': V, = 4,614 m3/kgf = 16 pé3/lb Calor latente à pressão de 0,35kgf . C, = 556 kcaikgf = 1.000 Btullb Aplicando a fórmula (9.7), teremos:

Usaríamos tubo de 3". A velocidade será então de:

510

Insfalacõcs Hidráulicas Prediais e Industriais

Trata-se de um valor aceitável; podemos, portanto, usar o tubo de 3". Existe um gráfico da SARCO (Fig. 9.23a) com o qual podemos resolver rapidamente as questões relacionadas com as linhas de retomo de condensado. Consideremos o seguinte exemplo, aplicando o referido gráfico da SARCO. a) Pressão do vapor (relativa) = 10 kgf . cm-2 = 142 psig* b) Ressáo na linha de retorno (relativa) = 1,O5 kgf . c m = 15 psig C)Carga de condensado = 3.000 kgf de vapor por hora = 6.612 Ibh Há dois tipos de problemas a considerar: 1." Para uma linha existente, cujo diâmetro, portanto, se conhece. pretende-se determinar a velocidade. 2." Fixada a velocidade, deseja-se determinar o diâmetro da linha de condensado. Vejamos como utilizar o ábaco nesses dois casos, e num terceiro caso, quando o diâmetro é maior que 3".

I." Caso A tubulação existente é de 3". Qual é a velocidade de escoamento na linha de retomo? - Entra-se com o valor 142 psig no eixo "pressão de suprimento". Segue-se horizontalmente até a tubulação de 3" e em seguida verticalmente para baixo até termos o valor 140 péslmin por 100 Ib/hora de condensado. - Corno o condensado está sendo descarregado numa contrdpressáo de 15 psig, entra-se novamente no áhaco com o valor 142 psig no eixo de pressão de suprimento, e segue-se na horizontal até a curva tracejada correspondente a 15 psig, e em seguida verticalmente até achar-se na escala dofator de correção o valor 0,4. - Multiplica-se o valor achado para a velocidade, isto é, 140 péslmin, pelo fator 0,4. 140 x 0,4 = 56,O pés/min/IOO Ibh de carga Multiplica-se essa grandeza pela cnrga de condensado e divide-~epor 100 e tem-se

Considera-se aceitável uma velocidade até 5.000péshin (25.4 m . sC') na linha de retorno onde haja mistura de condensado com vapor. Observação Caso a pressão na linha de retomo seja a atmosférica, não há necessidade de multiplicar a velocidade pelo fator de correqão, que, no caso que estávamos considerando, era igual a 0.4 2."Caso

Com os mesmos dados do primeiro caso, porém fixado o valor da velocidade, deseja-se dimensionar o diâmetro da tubulação de retomo. Adotemos para valor da velocidade v = 20 . s-' = 1.200 mlmin = 3.934 p6slmin. Determinemos o diâmetro. Solução - Multipliquemos a velocidade permitida por 100 e dividamos o resultado pela carga do condensado:

- Entremos no diagramacom a pressão de entrada de condensado, 142 psig, e horizontalmente até apressáo do receptor de condensado (I5 psig) e verticalmente ao fator de conversão, igual a 0.4. - Dividamos o valor achado. 59,5. por esse fator 59,s + 0,4 = 148,7 pés/min/100 Ibh de condensado - Entremos na escala inferior com o valor 148,7 e verticalmente até a pressão de suprimento (142 psig). - Encontremos um ponto, entre as linhas referentes a 2 112" e 3". Adotemos a de 3". Para verificarmos a velocidade, repetiríamos o que foi visto no primeiro caso. 3. "Caso

O diâmetm é superior a i", que é o diâmetro máximo representado no gráfico Dados: - Pressão de suprimento de condensado: 142 psig. - Pressão na linha de retomo: 15 psig. - Carga de condensado: 4.540 k g l o r a = 10.000 Ibhora. - Velocidade admitida: 18 m . s- = 3.542 péslmin.

VELOCIDADE

P ~ S / W I N . POR 100 Ll/HORA

DE CONOENSADO

ondrico

01 SARCO

Fi.9.23a Velocidades saídade tubulação de condensadopara várias pressks a partir da atmosféxica, supondo a descarga-pesoigual a 100 1Wh.

512

Instaln~õcsHidráulicas Prrdiuis e Induslriais

I.". Multiplica-se a velocidade permitida por 100 e divide-se o resultado pela carga do condensado

Entra-se no gráfico com apressão do suprimento (142 psig) e horizontalmente até 15 psig, que é a pressão na linha de retomo, e verticalmente para cima até ler na escala de fator de correção o valor. que no caso é igual a 0.4. Divide-se a resposta do item I por esse fator, isto é, 35,42 i0,4 = 88,55. Na escala inferior, com esse valor, segue-se verticalmente até a horizontal correspondente à pressão de suprimento (142 psig). A interseçáo indica uma tubulacão maior que 3". 5.". Entra-se novamente com a pressão de suprimento (142 psig) e na horizontal até a linha referente ao diâmetro de 3",e depois verticalmente para baixo, e lê-se 142 na escala das velocidades. 6.". Divide-se aresposta do item 3, isto é. 88.55, pela resposta do item 5, que é 142. Tem-se

7.". Pela Tab. 9.5, escolhe-se a tubulaçãocujo fator seja igual ou menor que o obtido no item 6. Na tabela, o valor que mais se aproxima de 0,623 é 0,58 e que corresponde ao tubo de 4" de diâ~netro,que deverá ser, portanto, adotado. Observação Caso a pressão na linha de condensado seja a atmosférica. omitem-se os itens 2 e 3. Usa-se o valor encontrado no item 1 diretamente no item 6 Teríamos então: Consultando a Tab. 9.5, vê-se que o diâmetro será de 6 . A Tab. 9.5 fornece, portanto, os valores pelos quais se deve multiplicar a velocidade no tubo de 3". quando se tiver diâmetros maiores.

Tabela 9.5 DiBmetro

6 8" 1 O"

Fator

0.25 0.15 0,095

Podemos utilizar o ábaco da Natron Engenhario de Processamenfo.fitma de Consultoria de projeção internacional (Fig. 9.23bj. Adotemos os mesmos dados do exemplo anterior, isto 6:pressão do vapor (relativa) = 142 psig Pressão na linha de retomo = 15 psig Carga de condensado = 6.612 Ib/h Velocidade permitida = 3.700 péslmin Deseja-se saber o diâmetro da linha de condensado. Entra-se no ábaco com o valor 142 psig na linha horizontal superior e liga-se por uma reta ao valor 15 psig na reta inclinada correspondente à pressão na linha de condensado. Na linha pivô se obtém o ponto A. Liga-se A ao valor de velocidade 3.700 péslmin na reta horizontal inferior. Fica determinado o ponto B na linha de referência. Ligando-se o ponto B ao valor 6.612 Ib/h marcado na vertical à esquerda, encontra-se naescala, à direta, o diâmetro 3"para o tubo condensado. Elevação do condensado Em alguns casos, o condensado pode escoar por gravidade e ser recolhido em um reservatório do qual é bombeado à caldeira. A linha de retomo de condensado pode todavia situar-se acima do purgador. Duas soluções são propostas para elevar o condensado até a linha de retomo.

513


PRESSÃO RELATIVA DO VAPOR 10

20

30 4 0 5 0

( ~ 8 1 9 )

300

100

\

14 i

400

500

600

\

\

LINHA

- *e

PIVÔ

--- ----_

.

w O n :

- - --- -___

0

o

O

z

r

- 3lI2"t 2

'

w .

8 '4 0 O

-

-----

VELOCIDADE

( p6s/min.l

4no

A

-

L 5"

Fig. 9.231, Abaco para dirnensionamento de linha de condensado da Natron Engenharia de Processamento.

1.' Solução

O condensado, estando submetido A pressão de vapor no purgador (que 6 o caso usual), pode elevar-se a uma altura, que se verifica na prática, de aproximadamente 5 m para cada kgf cm-' de diferençade pressões. Essa solução 6 valida para pressóes acima de 1.5 kgf ~ m - mas ~ , não muito elevadas. Apresenta o inconveniente de dificultar a remqão do ar da linha. A Fig. 9.24 representa uma instalação desse tipo, com o purgador abaixo da linha de retomo. Se houver necessidade de se colocar o purgador acima da linha de retomo de condensado, deve-se tomar precauções para evitar que se possa formar vaporpreso. Para tanto, coloca-se no pé da coluna de subida de condensado uma pequena curva no tubo ou acessório de subida, antes do qual se coloca um filtro (Fig. 9.25).

.

.

514

Instala~õesHidráulicas Prediais e industriais +

CONDENSAOO

VAPOR

U N I D A D E DE AWECIMENTO COM VAPOR

\-!o VILV DE R E T E N Ç ~

PURGADOR FT- 550 I S A R C O I

Fig. 9.24 Instalação de retomo de condensado, diretamente do purgador à linha.

EOUIPAMENTO UTILIZANDO

TUBO DE PEOUENO DIÂMETRO

Fig. 9.25 Inslllação do purgador acima da linha de condensado.

A coluna de subida, em geral, é de pequeno diâmetro (llY,por exemplo) e, ao chegar ao topo. tem uma curva, um filtro e um purgador. Caso a linha de condensado esteja submetida a uma pressão maior que a atmosférica, isto é, estiver submetida a uma contrapressão, deve-se acrescentar uma válvula de retenção após o purgador. O purgador indicado para esta modalidade é d o tipo termostático de pressáo balanceada. 2."Solução

Consiste em recolher o condensado, depois de passar pelo purgador de bóia, a um tanque ventilado, e daí bombear o condensado com uma bomba, como a Ogden da SARCO. para a linha de retomo de condensado. Trata-se da meibor solução. embora mais dispendiosa. Numa instalação com linha muito extensa, pode ser necessário realizar várias estações de bombeamento.

Bomba de condensado Uma excelente bomba para elevação de condensado utilizando vapor da instalação é a jL referida bomba Ogden-SARC 0 (Fig. 9.26). A pressão mínima de operacão ?i de 3,s kgf . cm-I e a máxima, de 8,8 kgf . cm-'. A instalação exige que o desnível entre a superfície de Agua no coletor de condensado e o topo da bomba seja, no mínimo, de 30 cm para as bombas dos

Ii~stalaçiiesde Vnpor

515

tamanhos I", 1 112" e 2". e de 46 cm para o de 3". Se a drenagem for de um sistema de vácuo, o desnível ou a coluna de alimentação (F.H. - Filling Head) deverá ser no mínimo de 100 cm. Vejamos como funciona a bomba Ogden (Fig. 9.27). a) O condensado passa pela válvula de retenção A, por gravidade, entra na bomba e eleva a bóia B, a qual eleva o tubo C a ela solidário. b) A bóia, ao se levantar. arrasta o batente existente no topo do tubo C e levanta a alavanca E, abrindo, assim, a válvula F, de entrada de vapor. C)Enquanto o vapor peneira, a v6lvula de escape D se fecha, de modo que o vapor empurra para baixo a b6ia. forçando a água a sair do corpo da bomba. passando em seguida pela válvula de retenção G e seguindo pela tubulação de recalque. d) Baixando o nível da água, a bóia encosta no anel H e, com seu peso, empurra o tubo C para baixo, abrindo a válvula de escape D por onde sai vapor não-condensado, que irá ter ao tanque coletor de condensado ou a um dreno. Ao mesmo tempo em que a válvula D abre, fecha-se a válvula de entrada F. A pressão no corpo da bomba baixa e cessa o recalque do condensado. e) Entrando novamente condensado na bomba, o ciclo se repete. Tabela 9.6 Elevação máxima de condensado com a b o m b a Ogden-SARCO

I

Pressão d o vapor a entrada da bomba (kgf. rm

Tabela 9.7 Capacidade da b o m b a Ogden-SARCO, e m kgf d e c o n d e n s a d o p o r hora Medidas da bomba Pressão do vapor h entrada da bomba (kgf . an?) 3.5 8.8

, 715

1.500

775

1.660

2qq

2.780 2.820

3sqx

r'

4.600 4.800

9.9 REDUÇÃO DE PRESSÃO DO VAPOR Nem sempre a pressão de que o equipamento necessita é a mesma da pressão do vapor na linha. Toma-se necessário reduzir a presaão, o que se consegue com o emprego de uma válvula de redução de pressão. E preferível que o vapor seja fornecido nas linhas alimentadoras em pressões superiores às de consumo dos equipamentos, uma vez que nessas condições se obtém temperatura mais elevada, melhor qualidade de vapor e se necessita de tubulaç6es de menor diâmetro. A redução da pressão do vapor realiza-se junto ao equipamento ou próximo a um g ~ p de o equipamentos que devem usar o vapor nas mesmas condições. A primeira soluçãoé sempre que possível a preferida, emhora possa ser mais dispendiosa. Os tipos de válvulas de redução de pressão podem reduzir-se a três: a) De agão direta, manual. Para um só equipamento, e quando não haja grandes variações de fluxo. b) De duplo diafragma, ou de a~6oporpiloto.São usadas para servir a vários equipamentos simultaneamente, pois se ajustam automaticamente, pela atuação do piloto, a ampla faixa de variação de fluxo de vapor. c) De comando pneumático. A atuação é realizada com ar comprimido. Em geral. são fabncadas especialmente para cada aplicação e têm grande precisão de controle. Escolha de uma válvula d e redução d e pressão Os catálogos dos fabricantes desse tipo de válvula apresentam gráficos ou ábacos com os quais, entrando-se com os valores das pressões de montante e de jusante e com a vazão de vapor, pode-se escolher a válvula. O gráfico da Fig. 9.28 permite a escolha das válvulas de redução de pressão BRV da SARCO. Eremplo Suponhamos que se deseja uma válvula BRV, para as seguintes condições: - Pressão a montante: 7.0 kgf . (100 psig).

516

lnstaiac6es Hidráulicas Prediais e Industriais

ALIMENTAÇAO

Fig. 936 Bombeamentodo condensado de um tanque ventilado de coleta de condensadoh linha de retomo, empregando bomba a vapor Ogden da Suco.

VALWU

~ U S T O M

t

' A DIA

MODELOS E D I M E N S ~ E S : DIMENSÓES E M CMS MEDIDAS D E A B C ENTRADA SAIDA 1 1 YI 2

3"

1 1% 2

*T

20,95 20,95 20.95 20,95

51,20 58,10 64.45 76,83

3,5 3,5 3.5 3,5

31,90 43,20 43,20 59,70

7,60 9,80 9 80 11.50

Fig. 9.27 Bomba Ogden - SARCO.

PESO

F

H

44,OO 57.50 57,50 75,60

7,GO

9,80 9.80 9,80

kgf 57 70 74 105

~nstn/n~õcs dc Vapor

517

Fig. 9.28 GrAfico para escolha dc v8lvula de redução de pressão SARCO - Modelo BRV.

- Pressão a jusante: 3.0 kgf . cm-2 (43 psig). - Vazão de vapor: 100 kgfniora. No grifico da SARCO (Fig. 9.28). entra-se do lado esquerdo com a pressão 43 psig, segue-se na horizontal até encontrar a curva de 100psig (pressão a montante). Descendo desse ponto de encontro, na vertical acha-se, para 100 kgfni, uma válvula BRV de 314".

Estação de vslvuia de redução de pressão A instalação da válvula de redução de pressão realiza-se como indicado na Fig. 9.29. O vapor entra pelo lado da tubulação de menor diâmetro e passa sucessivamente por um separador, uma válvula de bloqueio, umfiltro, pela válvula de redução de pressáo, por uma válvula de retenção. seguindo por uma tubulação de baixa pressão, a qual possui maior diâmetro que o de entrada. As vezes se coloca também uma válvula de segurança.

9.10 ELIMINAÇÃODO AR NAS LINHAS DE VAPOR Quando a instalação se acha fora de operasão, as tubulações ficam com ar em seu interior. Ao escoar o vapor, este arrasta o ar que prejudica o funcionamentodos purgadores. ficando preso nos mesmos, como pode acontecer nos purgadores do tipo de balde aberto e nos de bóia. Pode-se recorrer ao uso de registros operados manualmente, para separar o ar retido, mas 6 preferível empregar um eliminador de ar, que automaticamente se abre para aliviar o ar, descarregando o mesmo no lado de saída do purgador.

518

instalaç5es Hidráulicas Prediais e Industriais

sslo V ~ L V .DE BLOOUE LIVR

IPASSIGEM

L PURGADOR Fig. 9.29 Estaçáo de reduçáo de pressáo.

1

PURGPDOR

o : s z z

1

Fig.9.30Instalação de eliminador de ar

9.11 VAPOR DE REEVAPORA~ÃO O condensado, ao deixar o purgador de vapor, tem sua temperatura imediatamente reduzida para 100°C. porque a igua submetida a pressão atmosf€rica não pode permanecer no estado líquido a uma temperatura maior que 100°C. Para baixar sua temperatura a esse valor, a igua necessita liberar o excesso de calor que mantinha sua temperatura acima de 100°C. Esse excesso de calor 6,por assim dizer, expulso ou expelido, e isso se realiza com a formação de vapor. É o vapor de reevuporação. Unindo um purgador a um vaso coletor, conseguiremos capturar vapor de reevaporação, que pode ser aproveitado no aquecimento de algum equipamento. Assim, economiza-se vapor, ou seja, combustível. Mesmo após a liberação desse excesso de valor para gerar o vapor de reevaporação, o condensado do purgador continua em temperatura elevada, em condições favoráveis ao retomo à caldeira. A SARCO fabrica tanque de reevuporoção. Nele entra o condensado vindo do purgador. Por uma abertura sai o vapor, o qual irá ter a algum equipamento que se pretenda aquecer. Por outra abertura sai o condensado remanescente desse coletor de vapor de reevaporação. Consideremos a Fig. 9.3 1, na qual vemos a instalação de um tanque de reevaporação ou reevaporador.

Fig.9.31 Instalação de tanque de reevaporaçáo.

O equipamento A trabalha sob uma pressão de 12 kgf . c K 2 . O purgador P, desseequipamento está ligado a um tanque de reevaporação do qual parte uma tubulação que se liga a uma linha, onde, graças a uma válvula de redução de pressão, existe vapor a 6 kgf .cm- ,que é a pressáo que se deseja para o equipamento B. Do equipamento B, o condensado xai pelo purgador P, aa coletor do condensado até o poço de onde será bombeado para a caldeira, ou mesmo aproveitado em aquecimento.

No Cap. 7, mencionamos as precauções que deve111ser tomadas nas instalac;õesde tubulações para água quente devido ao efeito da dilatação. Tratando-se de instalaçâo de vapor, em que a temperatura atinge valores bem mais elevados que no caso da água quente, torna-se mais grave o efeito da dilatação, o que requer cuidadosa análise do traçado e das condições de operação dai linhas. Quando tivermos trechos curtos de tubulação. é sempre conveniente usar uin traçado não-retilineo, isto é, devem-se realizar desvios angulares no plano e no espaço. de modo a dar flexibilidade à tubulação, possibilitando a dilatação dos trechos sem que ocorram tensões excessivas. Na Fig. 7.20 vê-se como é possível realizar esses traçados. A lira o u f e r r d u m é muito empregada quando existe bastante espaço. como ocorre em instalações ao ar livre. A lira, de preferência, deve ser colocada na horizontal, para evitar que se acumule condensado a montante. Se disposta na vertical, deve-se prever drenagem e purga do condensado.

Juntas de expansão Quando não se dipõe do espaço exigido para um traçado hidimensional, isto é. espacial. da tubulac;áo, recorre-se às juntas de expansão (de dilatação). Existem dois tipos bastante usados: Juntas deslizantes São constituídas por dois trechos de tubocom deslocamento tipo relescópio devidamente guiados. sendo a estanqueidade obtida por gaxetas especiais. A tubulação necessita ser rigidamente ancorada e guiada por suportes, de modo que possa dilatar-se. Juntas sanfonadas Apesar das restrições que alguns fazem ao seu emprego, considerando-as pontos fracos da linha de vapor, as juntas desse tipo, quando de aço inoxidftvel. e produzidas com moderna tecnologia por fabricantes idôneos. podem ser usadas e rcpresentam a soluçáo quando o espaço disponível é redu7ido. A pressão interna tende a afastar as dobras da sanfona. de modo que a ancoragem e as guias devem também levar em conta esses esforços, que podem ser consideráveis. Existem diversos tipos de juntas sanfonadas. Vejamos alguns. a) Junra de expansão comfole r cano-guia de aço inoxidável. É o tipo fabricado pela Niagara SIA, em aço inoxidável AISI 321 (18% Ni 10% Cr). A Fig. 9.32 mostra a junta mencionada, no modelo flangeado, e a Fig. 9.33, com extremidades para solda. A Tab. 9.8 permite escolher o coiiiprimento L da junta. conforme o diâmetro da tubulação e a dilatação. Essa dilataçâo pode ser calculada pela fórmula

Sendo A L - Dilatação linear em mm

L - Comprimento da tubulação, em meuos AT - Variação máxima de temperatura em "C C - Constante de dilatação térmica, que para o aço-carbono tem os valores indicados na Tab. 9.9 Exemplo A dilatação de uma tubulação de 50 m de comprimento com vapor a 20OoC acima da temperatura ambiente é:

Pela Tah. 9.8 vê-se que a dilatação máxima que a junta pode absorver é de 100 mm, de modo que teríamos de usar duas juntas cada qual absorvendo 63 mm.

Tabela 9.8 Comvrimentw da iunta da Fie. 9.32 vara absorver dilatacóes de 25 até 100 mm Comprimento total L em mm para a b s o ~ edilataç6es r de mm

Diâmetro nominal

nominal

Polegadas

mm

25

38

50

63

75

89

100

1R" 314" I" I 'h" I %"

13 19 25 32 38 50 63 75 I00 125 150 200 250 300 350 400 450 500

185 190 200 205 210 220 230 235 250 280 285 310 320 340 370 375 385 400

235 240 250 255 260 270 285 285 305 340 350 365 380 405 425 435 450 470

380 385 395 400 405 410 415 415 435

430 435 445 450 455

485 490 500 505 510 515 520 525 550 580

535 540 550 555 560 565 575 575 605 635 660 670 685 705 720 730 735 770

585 590 MXI 605 610 615 625 625 655 695 720 735 745 770 790 805 815 855

2' 2%" 3" 4"

5" 6" 8" 10" 12" 14" 16" 18" 20"

464 475 485 495 510 525 535 545 565

460 470 470 495 520 535 550 560 570 590 595 595 610

MXI

615 620 640

660 665 670 700

Comprimento total L, em mm para absorver dilata$ões de mm

Diâmetro Polegadas mm 112" 314" 1" I %" I H"

2" 2%" 3" 4" 5" 6" 8"

10" 12" 14" 16" 18" 20"

13 19 25 32 38 50 63 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500

25

38

50

63

75

89

100

175 180 185 190 195 205 215 215 230 255 265 285 295 315 345 350 360 375

225 230 235 240 245 255 270 270 285 315 325 340 360 380

370 375 380 385 390 395 400 400 415 435 450 465 470 490 505 510 520 540

420 425 430 435

475 480 485 490 495 500 505 510 530 555 575 590

525 530 535 540 545 555 560 560 585 610 635 650 660 680 695 705 715 745

575 580 585 590 595

400 410 425 445

440 445 455 455 475 500 515 525 535 550 565 570 570 590

600

615 640 645 650 675

600 610 610 635 670 695 710. 720 745 770 780 795 830


521

Fig. 932 Junta de expansão da Niagara S.A., com foles da Dinatécnica flangeados.

Fig. 9.33 Junta de expansão da Niagm S.A., com foles de Dinatécnica para solda.

Tabela 9.9 Constante de dilatação térmica em h n ç ã o d a temperatura Temperaturas

O-lO(pC

200°C

300°C

400°C

Constante.C

0.0120

0,0126

0,0131

0,0136

b) Junta do tipo náo-equalizada.Trata-se apenas de um fole sem qualquer elemento externo. Usa-se para pressões at6 3,5 kgf cm-2 e são fabricadas em dihetros de 3" a 72". A Fig. 9.34 mostra uma dessas juntas flangeadas fabricadas pela IEP, Indústria de Equipamentos para Petróleo Ltda. c) Tipo meio-equalizada.Possui anéis externos colocados entre os elementos do fole, de modo que os movimentos de dilafação se distribuem igualmente entre todos os elementos do fole. E usado em geral para pressões de 3.5 até 21 kgf cm-'. No modelo Duplo,existem duas juntas separadas por um tubo soldado às mesmas. Absorvem movimentos transversais combinados com movimentos longitudinais.

-

.

Fig. 9.34 Junta do tipo "não-equalizada", da IEP.

522


Fig. 935 Junta da expansão meio-equalizada simples do IEP.

Fig. 9.36 Junta de perfil toroidal.

d) Tipo equalizodn. São semelhantes às meio-equalizadas, porém possuem dois ou mais dispositivos pantográficos aplicados aos anéis compensadores da junta de expansão, que mencionamos no tipo meio-equalizada. Esse tipo permite a transmissão imediata e simultânea do movimento longitudinal a todos os anéis compensadores, de modo que a dilataqão se realiza por igual em todos os elementos do fole. São empregados para pressões compreendidas entre 10e 21 kgf cm-2 e somente quando h6 apenas deslocamento axial. e) Junta de pe@l toroidal. Emprega-se para pressões elevadas, de 20 a 140 kgf . ~ r n (Fig. - ~ 9.36). f) Juntas especiais. Podemos ainda citar: - Juntas de expansão cardan. - Juntas de expansão dobradiça ou compensadores de movimento angular. - Juntas de expansão dupla universal. - Juntas de expansão balanceada.

9.13 DISTÂNCIA ENTRE GUIAS DE TUBULAÇÕES As tubulações de vapor devem poder expandir-se longitudinalmente atuando sobre as juntas, ficando apoiadas sobre guias que sirvam de apoio e impeçam qualquer deslocamento transversal. Nas extremidades de um trecho retilíneo contendo uma ou mais juntas, deve haver apoios rígidos ou ancoragens capazes de absorver os esforços longitudinais introduzidos pelas juntas de dilataqão. A tubulação pode ter apenas uma junta de dilatação, conforme indica a Fig. 9.37, ou pode ter duas juntas, como se vê na Fig. 9.38.

JUNTA

1

I

I

----

+

, Lt

1

Le

Fig. 937 Apoios para linhas de vapor.

I

I APOIO

-

"

523


Fig. 9.38 Tubulaçáo com duas juntas.

O espaçamento entre os apoios acha-se indicado na Tab. 9.10 para vários diâmetros de tubulação e pressóes de serviço até 10.6 kgf . cm-2 e até 21.2 kgf . cm-'.

Tabela 9.10 Espaçamento entre apoios guias em tubulações de vapor I I I Diâmetro do d LI tubo

im)

pol

mm

2 2% 3 4

50,B 633 762 101.6 127,O 152,4 203,2 254.0

5 6 8

10

I

ími

Até 10,6 kgf.cme2

Ate 219 kgf.cm-'

3,O 4,6 6,l 9.1 9.1 10,7 13,7 18,3

2.1 3.0 4.5 6.1 7.6 7.6 10.7 13.7

0.20 0.25 0.30 0.41 0.51 0.61 0.81 1.02

9.14 ESFORÇOS NOS APOIOS FIXOS A introdução do fole acarreta um esforço axial que deve ser levado em conta no estudo da estabilidade e flexibilidade da tubulação. Esse esforço axial, ou seja, longitudinal, para o caso dos foles Dinatécnica das juntas de expansão da Niagara S/A, pode ser obtido com o gráfico da Fig. 9.39. Vemos, por exemplo, que se o diâmetro da junta for de 3" e a pressão do vapor for de 7 kgf cm-', os foles da junta determinam uma força de reação axial igual a 1.000 kgf, a qual deverá ser suportada pelas ancoragens.

.

9.15 FLEXIBILIDADE DAS TUBULAÇÕES O aquecimento da tuholação sob a ação do vapor determina, como vimos, a dilatação da mesma. Se a tubulação ahsorver as dilatações térmicas pela simples deformação nos trechos que a constituem, diz-se que a mesma possuiflexibilidade, a qual será tanto maior ouanto mais comoletamente absorver as deformacões. --- s - - Quando o traçado da tubulação não permite que a mesma sofra os necessários deslocamentos,istoé, quando não houver suficiente flexibilidade. surgem tensões internas e reacões sobre os Dontos de fixacão ou de ligacão a eaui~amentos cuios ~~~-~~~ efeitos nSio podem ser ignorados. O princípio básico de um projeto dessa natureza 6 fazer com que a tubulaçfio seja a menos rlgida possível. O estudo da flexibilidade constitui um capítulo da maior importância no projeto de tubulações industriais. Pelas características especiais do assunto, deixamos de entrar em consideraçóes sobre o mesmo. recomendando ao leitor os excelentes livros Tubulações Industriais, de autoria do Eng." e Professor Pedro Carlos da Silva Telles, e Tubulafões, do Eng.' e Professor Remi Benedito Silva, além de outros citados na bibliografia. Nesses livros, os autores abordam o problema de dimensionamento da tubulação para resistir às pressões internas. ao peso proprio e ao do liquido (quando for o caso). As tensóes oriundas do aquecimento pelo fluido que nela escoa são os esforcos que se consideram no estudo da flexibilidade.. des~rezando-se o wso ror6ono e o do fluido oara maior - - - ~ ~ -simolicida-- - ~ . . de. ~ntreianto,para calcular o espaçamento entre os apoios. todas essas grandezas devem ser levadas em consideração.

.

-.

.

~

~~

r

~~

L~

.

~~~

524


9.16 ISOLAMENTO TÉRMICO DAS TUBULAÇÕES As tubulações, conexões, válvulas e equipamentospor onde passam o vapor e o condensado devem ser muito bem isolados, para evitar a dissipação do calor que, em última análise, representa desperdício de combustível na caldeira. O material isolante mais empregado para temperatura até 650°C é o composto à base de silicato de cálcio hidiatado e fibras longas de amianto. Usa-se também. mas com temperaturas até 3000C. o carbonato de magnésio. Entre os fabricantes de isolantes à base de silicato de cálcio hidratado, temos a Calorisol (Indústria de Isolantes Ténnicos Calorisol S. A.), a Temporal S. A,, a Indústria de Isolantes Magesol Ltda. e outras. A Tah. 9.1 1 apresenta a espessura recomendada do Calorisol 650 no revestimento de tubos. O material isolante é fornecido pelo fabricante sob duas modalidades: -calhas, isto é, tubos isolantes bipartidos. -argamassas isolantes, empregadas no isolamento de superfícies irregulares como flanges, curvas de pequeno raio, válvulas, juntas de dilatação e na reparação de isolamentos danificados. A proteção do isolamento 6 feita com folha de alumínio comgado como o CAL-JACK da Calorisol, nas tubulgões, e com um impemeabilizante à base de emulsão asfáltica. misturado com fibras de amianto ejillers minerais (por exemplo, Calokote da Calorisol), nas curvas, válvulas, tanques etc. Um revestimento constituído por uma película de alumínio auto-adesivo é fornecido pela Jac do Brasil Ind. e Comércio.

9.17 SUPORTES PARA TUBULAÇÕES Para ser possível localizar os suportes simples é necessário primeiramente fazer a representação isométrica da linha. Deve-se colocar suportes o mais próximo possível das máquinas para não sobrecarregar as ligaçóes dos bocais. A Tab. 9.12 fornece o espaçamento máximo entre os apoios pam tubo de açocarbono A-53.

525


Tabela 9.11 Espessuras recomendadas d a Calorisol 650

Isolamento de tubos (polegadas) Diâmeho dos tubos (~01.) I% 2 2% 3 4 5 6

8

38a 9Z°C

93 a 148'C

149a 203'C

2ü4a 259'C

2601 315T

316a 37D°C

371 a 426'C

427a 481'C

482a 537°C

538 a 592'C

593 a 648°C

1 1 1 1 1 1 1 1%

1 I 1 1 1% 1% 1% 1%

1%

2 2

2 2 2 2 2% 2% 3 3

2% 2% 2%

2% 3 3 3 3 3% 3% 3%

2% 3 3 3 3 3% 3% 3%

3 3 3 3 3% 4 4 4

3 3% 3% 3% 4 4 4 4%

3 3% 3% 3% 4

1%

1 1%

2

2

2 2

2

2 2 2

2 2%

2% 2% 3 3 3

41%

4% 5

Para maiores diâmetros,consultar 0 catálogo da Calonsal

Tabela 9.12

Diktro (polegadas)

1

1%

2

2%

3

4

5

6

8

10

12

14

Espaçamento (mems)

2.1

2.7

3,O

3,3

3.6

4,2

4.8

5.1

6,7

6,7

7.0

7.6

9.18 CASA DE CALDEIRAS Consideraremos apenas a instalação de caldeiras de pequeno e médio porte, fornecidas pelos fabricantes em unidades compactas completas, com todos os acessórios necessários ao funcionamento, segurança, comando e controle. As caldeiras usadas para geração de vapor para fins industriais são do tipo denominadofogo-fubular e têm capacidade até cerca de 6 a 12 toneladas de vapor por hora. Para a produção de maior quantidade de vapor, são usadas as caldeiras Agua-mbulares. Vejamos em que consistem bâqicamente esses dois tipos. Caldeitas fogo-iubulares (ou flamitubulares) No interior de umcilindro que recebe águaque irá se transformarem vapor, existe um tubo, comgado ou não, por onde passa o ar aquecido na câmara de combustão. No lado oposto ao da fornalha, existe uma câmara em comunicação com um conjunto de tubos de menores dimensóes que levam o ar aquecido até a chaminé. Em certos tipos, esses tubos permitem

rISOLAMENTO TAMPA-

GASES

I I

OUENT

LI S O L A M E N T O Ng.9.40 Representaçáo esquemilica de uma caldeira flamitubular.

526

Inçtalaç6es Hidráulicas Prediais e Industriais

que os gases quentes aqueçam a água que os circunda, em duas ou três passagem ou estágios, o que permite um meihor aproveitamento do calor. Os gases quentes aquecem, portanto, as paredes dos tubos e o calor se transfere à água, por efeito de condução e convecção. Esse tipo de caldeira oferece as seguintes vantagens: - permite fácil limpeza da fuligem no interior dos tubos: - possibilita fácil ~ubstitui~ão'dos tubos; - náo necessita de tratamento da água com o mesmo rigor de qualidade que as igua-tubulares; - é de custo reduzido. São fabricadas com disposição horizontal ou vertical, sendo as primeiras mais comumentes usadas.

Caldeiras 4gua-tobnlares (ou aquitubulares) O aquecimento se faz externamente a um feixe de tubos ligando dois ou mais reservatórios contendo água. A água no interior do feixe de tubos é aquecida pelos gases quentes, que vêm da câmara de combustão. Pode-se conseguir as superfícies de aquecimento que se desejar, bastando para isso dispor do número necessário de tubos de aquecimento. Náo há limite para a capacidade de produção de vapor e para a pressão nesse tipo de caldeiras. Existem caldeiras aquotubulares compactas, com capacidade de ate 50 toneladas de vapor-hora. Os gabaritos de túneis e estradas podem tomar inviável o transporte de unidades compactas de maior capacidade. Nesse caso, as peças transportadas da fabrica são montadas no local de destino. Consideraremos as caldeiras flamitubulares compactas, acerca das quais daremos algumas indicações. A caldeira possui um certo número de sistemas ou equipamentos auxiliares, fornecidos pelo fabricantejuntamente com a caldeira, e que são: a) Equipamentos para suprimento de ar de combustão com pressão suficiente para exaurir os gases de combustão atravCs dos tubos de fogo. São constituídos por um ventilador centrífugo. b) Sistema de pré-aquecimento de 61eo. O 61eo combustivel (BTE ou BPF) deve ser aquecido a 120°C de modo que adquira menor viscosidade para melhor eficiência dos atomizadores nos queimadores. O aquecimento é feito num aquecedor que funciona com resistências elétricas no início da operação, e com vapor gerado pela própria caldeira quando a mesma se acha operando normalmente. A temperatura do óleo deve ser regulada por um termostato. c) Sistema de queima de óleo combustivel. Consta do seguinte: - conjunto de ignição, por meio de óleo diesel, composto de bomba, transformador de ignição, queimador e célula fotoelétrica atuada por chama piloto; - bomba de circulação de óleo combustível;

Fig. 9.41 Caldeira ATA - sene MP a 61eo combustivel, gás ou mista

Tabela 9.13 Dados técnicos de alaumas caldeiras ATA -série H-3

5-

Comprimento total da caldeira

$

Altura da caldeira

-

1.800

1.900

2.130

2.250

Largura da base da caldeira

-

1.300

1.420

1.550

1.700

Diâmetro da saída dos gases

-

200

340

340

Altura total da caldeira incl. válvulas de vapor

-

2.100

2.250

2.500

Combustiveis: As caldeiras 1.5 e 7 queimam 61eo diesel. As caldeiras 5G. 7G e I I G queimam gás. As caldeiras de números pares queimam 61eo.

2.300

2.530

1.900

1.950

340

400

500

2.700

2.700

2.9W

.

8, 8

3

s B

N

V

528 -


válvula solenóide automática para controle do fluxo de 61eo para os atomizadores; válvula de regulagem de pres&o de óleo; filtros de óleo diesel e de Óleo combustível, manômetro, termômetro.

d) Sistema de alimentação de dgua bomba para alimentação de água da cald~ira; injetor com pressões de 8 a 12 kgf cm- . e) Sistemas de controle, comando e proteção - manômetro; - visor de nível de água; - válvula de saída de vapor; - válvula de descarga da caldeira; - válvulas de segurança e alívio de pressão; - painel de controle automático: - pressostato: - cigarra de alarme contra falta de água. As caldeiras compactas são revestidas com lá de vidm ou material isolante adequado e protegidas por chapa, em geral esmaltada. -

.

A conveniência de redução do consumo de óleo em caldeiras e os estímulos ao emprego da energia elétrica têm influenciado na decisão pela instalação de caldeiras elélricas dos tipos resistência e eletrodos submersos. Em áreas onde há suprimento abundante de energia elétrica, é vantajosa a instalação de equipamentos eletrotérmicos em virtude dos incentivos tarifários oferecidos ao emprego da energia elétrica em substituição aos derivados de petróleo. As caldeiras elétricas oferecem ainda outras vantagens, que são: - Ausência de poluição ambiente - Modulaçáo de carga de O a 100% - Resposta rápida B variação de consumo de vapor Tabela 9.14 Água d e alimentaçáa a 100°C Modelo ATA

Produção de vapor kafh

1

PotCncia instalada kW

- Manutenção simples - Apenas bombas - A falta de água não provoca danos à caldeira - Área reduzida de instalação - Não necessita área para estocagem de combustível - Redução considerável no custo do vapor em relação ao produzido por 61eo combustível

- Melhora o fator de potência como conseqüência do aumento da potência

ativa

Melhora o fatorde carga elétrica instalada, e com isto: - reduz o preço médio do kWh consumido - libera certa parcela de capacidade da instalação elétrica e equipamentos - possibilita a redução do empréstimo compuls6rio. A ATA Combustão Tkcnica fabrica caldeiras tipo eletrodo submerso com os seguintes dados: Tensão: 2.300 V a 13.800 V, 3 fases

-

Instaiações de Vapor

529

Fig. 9.42 Caldeira ATA de eletrodo submerso da ATA Combustão Técnica S. A.

Pressão de trabalho: 10.55 kgf/cm-2 (150 psig) Produção: 1 .O00a 20.000 kgfh Fator de potência: 0.99 indutivo A caldeira ATA tipo resistência funciona sob as tensões de 220 V, 380 V e 440 V, trifásicas. Pressões até 300 psig, nos modelos indicados na Tab. 9.15.

1

Modelo

LY !J

1

Agua de alimentqi

Tabela 9.15 Caldeira ATA tipo resistência Produção de vapor kgflh

Potência necessfiria kW

Produção de água quente kcal/h 24.500 58.800 73.500 132.400 206.000 264.800 353.100 529.700 647.400 1.000.600 1.250.700

Comprimento total ímm) 1.256 1.700 1.700 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.200 2.200

530


Fig. 9.43 Caldeira elélrica Sulzer-Brown a jato de água, fabricada no Brasil. Tensão: 3,8 a 20 kW Potência: 1.500 a 50.000 kW Pressão: até 25 kgf . cm-2

O Departamento Nacional de Segurança e Higiene do Trabalho, através da Portaria DNSHT-20 de 6 de maio de 1970, expediu normas de segurança para a instalação e inspeção de caldeiras estacionárias a vapor, das quais transcreveremos a parte que interessa à instalação, uma vez que as exigências quanto à caldeira são de atribuição do fabricante. Instalação Art. 7." - As caldeiras, de qualquer estabelecimento serão instaladas em Casa de Caldeiras. Parágrafo único - Excetuam-se, para efeito de aplicação deste artigo, as pequenas unidades de 100 kgfth, ou menos, de capacidade de produção de vapor. Art. 8." - A Casa de Caldeiras deverá satisfazer os seguintes reauisitos: a) constituir prédio separado, construído de materiais resistentes ao fogo, podendo estar anexo a outro edifício do estabelecimento, mas afastado, no mínimo, 3 m (três metros) de outras edificacóes vizinhas: b) ser completamente isolada de locais onde se armazenem ou manipulem inflamáveis ou explosivos: c) não ser utilizada para qualquer outra finalidade com exceção de compressores, excluído, porém, o reservat6no de ar; d) dispor de saídas amplas e permanentemente desobstmídas; e) dispor de acesso fácil e seguro às válvulas de segurança, registros, indicadores de nível, reguladores de alimentação e demais acessórios necessários à operação da caldeira.

-

Alt. 9.'

- O projeto da Casa de Caldeiras ser8 submetido à aprovação prévia do órgão regional competente em matéria

de segurança e higiene do trabalho, mediante requerimento do interessado.

InspeçãodeSegurança Art. 10." - Todas as caldeiras serão, obrigatoriamente, submetidas à inspeção de segurança, interior e exteriormente,

Art. 12."

-

nas seguintes oportunidades: a) antes de entrarem em funcionamento, quando novas; b) depois de reforma, modificaqóes, conserto importante ou após terem sofrido qualquer acidente; c) periodicamente, pelo menos u m vez ao ano, quando estiverem em serviço: d) após intervalo de inatividade de 4 (quatro) meses ou mais. Os exames e as provas, assim como a fixação da PMTP (Pressão Máxima de Trabalho Permitida), deverão ser executados de acordo com o que dispóe a NB-55-Norma Brasileira para Inspeção de Caldeiras a Vapor -da ABNT.

Livros P publieayõps ARAUJO, Celso de. Transmissiu de calor. LTC - Livros Técnicas e Científicos Editora S.A.. 1978. SILVA, Remi Benedito. Tubuln~8es.&cola PoliIécnica da Universidade de São Paulo, 1975, TELLES. Pedra Carlos da Siiva. Tubuiac6es indusrriais. LTC - Livros Tecnicos e Cientificos Editora S. A,, 5.' edição. 1979, KELLOG. M.W. Desim ofoioinn Jahn Wilev & Sons, 1961 .. . - svsr~hs. . SARCO S.A. Ind. e Comércio. Distribuirão de vapor. SARCO S.A. Ind. e Corn4reio. Porou* da racionalimcão. L m E T O N . C.T. Industrial ~ipin;. Mc G m w - ~ i l l - B k kCo., 1962. TUBE-TURNS INC. Piping Engineenng. 1961. PERA. Hildo. Gumdorm & vapor de dguo. Escola Politécnica da Universidde de São Paulo, 1966. Norma NB-55 da ABNT N n m a Brasileiro poro Inspepio de Caldeiras a Vapor. Partaria DNSHT-20 de 20 de maio de 1970 do Departamento Nacional de Higiene e Seguran~ado Trabalho do Ministtria do Trabalho. GHIZZE, Antonio. Manual do encanador indusrriol. Editora Tbcnica Piping Ltda.. 1978. CASPRITZ, Bemd. Economia de snerpia em inrlaio@es de vopor.fiuidos rémicos e água de refrigeracio. 2." Seminário de utilidades. IBP-no", 1977. MONDELO. José Luir A O uso do vapor na md*lri
~

~~

~

Catálogos de fabricantes Niagam S. A. Comércio e Indústria (vilvulai. purgadores, juntas de dilataçãoetc.). Gesm Latino-Americana, Ind. e Com. de Equipamentos Industriais (vilvulas, purgadores etc.). GEA do Brasil Inteicambiadores S. A. Consuugoes Mecânica TERMOAIRE Ltda. ATA -Combustão Tbcnica S. A. (caldeiras a 61eo. el6uicas. lenha, carvão, cascas. Válvulas, purgadores. filuos etc.) COMPAC -Sociedade Paulista de Caldeiras Ltda. (Caldeiras fogonibulares e aquotubulares). TENGE Industrial Ltda (Caldeiras fogohibulares até 1250n kgfh). H. BREMER & FILHOS Ltda. (Caldeiras a 6leo e a Icnha). Companhia Importadora & Industrial DOX (v8lvulas. purgadoresj. CONTERMA - Construtora Ind. e Temotecnica S. A. (Caldeiras a q u o ~ b d u e es caldeiras flamotubulues). CBC Indústrias Pesadas S. A. (Caldeiras). SARCO - Indústria e Combrcicio Suco Sul-Americana S. A. (válvulas, separadores, purgadores, IilIros etc.). C N A - Com6rcio e Indústria de Válvulas S. A. Gilardini do Brasil Indústria E Comkrcio S.A. (juntas de dilatação). AALBORG-PONTIN Caldehs S. A. (caldeiras aauohlbulares verlicais e flamoNbulares horimntais.)

Companhia Vidraria Santa Marina - Fibravid t r m r i Iiidusms r Cdmir.'iu Lidi - 14%-1:iiiic Indurtna de Irnr
Ar Comprimido 10.1 IMPORTÂNCIADO EMPREGO DO AR COMPRIMIDO O ar comprimido é uma forma de energia de enorme utilidade e inúmeras aplicaçóes. Em muitos campos de utilização, compete com a energia elétrica, e em outros, é um complemento necessário da mesma. Vimos no Cap. 1 como o ar comprimido é utilizado nas instalações hidropneumáticas e na retirada de água de poços pelo sistema air-lfl. Nas indústrias, o ar comprimido é empregado em máquinas operatrizes, em motores ~neumáticos,em sistemas de comando, controle, regulagei, instrumentãçá6 de mediçã&e na automatização de proces~os.O ar comprimido também se faz necessário em instalações de aeroportos, hospitais, obras de engenharia civil, postos de combustível, instalações centrais de climatização, no comando e controle de válvulas e operação de instnime"tos. O autor Jean Lefevre, no segundo volume de sua obra L'air comprimé, que trata das aplicações do ar comprimido, antes de analisar cada tipo de aplicação, classifica os equipamentos que utilizam o ar comprimido em: a) Equipamentos a pressão de ar ou de ação fechuda São os utilizados em: - trabalhos submarinos; - inflagem de cãmaras de ar de veículos; - embreagens e freios; - transporte pneumático; - fabricação do vidm e dos plásticos; - comandos pneumáticos a distância. b) Equipamentos a jato de ar ou de ação livre São os: - resfriadores e aquecedores a ar: - disjuntores pneumáticos; - ejetores e aspiradores industriais; - veículos sobre colcháo de ar; - transporte pneumático de materiais pulvenilentos ou fibrosos; - jateamento de areia: - pintura a pistola; metalização; projeção de revestimentos plásticos; - pulverização de combustíveis nos queimadores de 61eo; - bicos de limpeza; - sistema air-I$. c) Equipamentos e máquinas de percussão - marteletes a ar comprimido; - martelos-pilóes para fojadura; - desbastadores, talhadeiras, punções pneumáticos; - perfuratrizes de rocha; - bate-estacas; - vibradores. d) Motores a ar comprimido - de pistões; - de palhetas; - de engrenagens.

Ar Comprimido

533

e) Bombas de injeção de concreto. f) Máquinas ferramentas @as e portáteis de todos os tipos, empregadas em oficinas mecânicas: furadeiras, serras, aparafusadeiras etc. g ) Automatização de operacões industriais. Comando de válvulas, controle, medições. h) Abertura e fechamento automático deportas. A relação resumida e incompleta das aplicações de ar ccamprimido, como foi apresentada, mostra que, entre as instalações técnicas industriais, as de ar comprimido ocupam posição de relevo, justificando que seja dedicado um capítulo ao assunto, que poderá ser estendido e aprofundado pelo leitor interessado, em manuais, livros e catálogos indicados ao final deste capitulo. Uma das vantagens do emprego do ar comprimido é que o mesmo pode ser armazenado e conduzido ao local de utilização sem necessitar de isolamento contra perda de calor na condução. Não oferece riscos de incêndio e explosão, e seu emprego se faz de uma maneira flexível, compacta e potente. Essas características explicam seu emprego em escala sempre crescente. Como desvantagem aponta-se o consumo maior de energia que a energia elétrica na produção de determinado trabalho útil, o que não impede seu emprego diante das vantagens que apresenta.

10.2 PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO A obtenção de uma pressão de ar consideravelmente maior do que a pressão atmosférica, que também se designa por pressão barométrica, realiza-se com os compressores de ar. Os compressores, conforme o recurso empregado na transformação da energia mecânica em energia potencial de pressão e cinktica do ar, podem ser classificados seguindo a apresentação da Worthington (Fig. 10.1) e da Atlas Copco (Fig. 10.2). adorados neste livro.

ALTERNATIVOS

ROTATIVOS

Fig. 10.1 Classificação dos compressores segundo a Wonhington

DESLOCAMENTO POSITIVO

ALTERNATIVOS

Fig. 10.2 Classificação dos compressores segundo a Atlas Copco

10.3 CARACTERÍSTICAS

DOS VÁRIOS TIPOS DE COMPRESSORES

Vejamos sumariamente algumas características dos principais tipos de compressores. Compressores de deslocamento positivo. O ar 6 admitido em uma câmara de compressão, que 6 , por isso, isolada do exterior. Por meio da redução do volume útil da câmara sob a ação de uma peça móvel, realiza-se a compressão do ar.

534

hstaiap7es Hidráulicas Prediais e Industriais

Quando a pressão na câmara atinge valor compatível com a pressão no tubo de descarga. abre-se uma válvula ou uma passagem, e o ar da câmara é descarregado, sob pressão aproximadamente constante, para o exterior. Compressores dinâmicos ou turbocompressores. O ar é conduzido a uma câmara onde um rotor em alta velocidade lhe comunica aceleração tangencial e, portanto, energia. Através da descarga por um difusor, grande parte da energia &ética se converte em energia de pressão, forma adequada a transmissão por tubulações a distâncias consideráveis. Como se observa nas Figs. 10.1 e 10.2, cada um dos tipos citados admite vários subtipos. Vejamos os principais.

10.3.1 Compressores de deslocamento positivo Nesta categoria estão compreendidos: Compressores alternativos de pista0

Podem ser de: um cilindro, usados para pressões de 6 a 8 kgf/cm2(85-1 15 Iblpol.'); mais de um cilindro: neste caso, existem os dúplex, em dois cilindros e dois pistões comandados por umúnico eixo motor, e os tríplex, com três cilindros e três pistões. Os compressores alternativos, conforme a atuação do pistáo ou êmbolo, podem ser de: - simples efeito, quando se verifica a ação de apenas uma face do pistão sobre o ar; - duplo efeito, quando ocorre a açâo das duas faces do pistão sobre o ar. -

Vantagens dos compressores alternarivos 1. São facilmente controlados de acordo com a demanda de ar comprimido. Podem operar em plena carga, meia carga

ou em vazio, mediante abertura automáticadas válvulas,de sorte que não hácompressãoduranteospenodosemque não há demanda de ar comprimido. 2. Operação econômica. 3. Manutenção simples. 4. Sessenta a oitenta por cento da energia fornecida ao eixo do compressor, e dissipada sob a formade calor, podem ser aproveitados para aquecimento de elementos de uma instalação industrial. Pode-se dizer que é o tipo mais versátil para a maioria das aplicações industriais do ar comprimido e, por isso mesmo, o mais usado. 01compressores altemaiiyos podem ser de um estágio, de duplo estágio ou de vários estágios. No primeiro caso, há apenas um cilindro; no segundo, o ar. ao sair do primeiro estágio, vai a um segundo; e no caso de mais estágios o arpassa sucessivamente pelos mesmos. Como veremos adiante, o rendimento do compressor de dois estágiosé maior do que o de um estágio. O compressor necessita ser resfriado. e esse resfriamento pode ser a ar (ventila~ãonatural, ventilação forçada com ventilador) ou a água.

Tabela 10.1 Compressores XLE da kersoii-Rand Modelo

W"

L7 H7 L 8 112

750 750 600

~8 i a HH 8 1/2 M 10 H 10 HH 10

600 6cK-J 500 500 500

Capacidade efetiva a 7 kgf/cm2(m3/min)

BHP

24.3 29.7 37.4 46.1 49.5 36.7 63.1 70.8

168 201 263 290 339 385 126 497

A Fig. 10.3 mostra um compressor de um estágio, duplo efeito, com resfriamento a água. As Figs. 10.4. 10.5 e 10.6 mostram compressores de dois estágios. O primeiro estágio corresponde ao cilindro de maior diâmetro. Na Fig. 10.6 vê-se o resfriador de ar intermediário intercalado enee a pasagem do primeiro para o segundo estágio. Os compressores de dois estágios. Série B, da Atlas Copco, como o mostrado na Fig. 10.7, podem ser resfriados a arou a água, e têm a capacidade de 2.04 a 8 m3/minde arlivre admitido, na pressão de trabalho de 7 kgf/cm2nos tipos BT2 a BT6. A Tab. 10.2 apresenta as características de funcionamento para vários tipos dos compressores dessa série B.

Ar Comprimido

535

Fig. 10.3 Compressor de um esüígio, horizontal, duplo efeito resfriado a água (Ingersoll-Rand).

Fig. 10.4 Compressor de dois estágios simples efeito, tipo V resfriado a ar (Ingersoll-Rand).

Fig. 105 Compressor de dois esiagios, manivelas em ângulo reto, duplo efeito, resfriado a bgua, modelo XLE da Ingersoll-Rand (23.30 a 71.2 m31min 150-500HP).

536


r

RESFRIADOR INTERMEDIARIO

Fig. 10.6 Compressor Worthington de média capacidade, com dois estigios.

Tabela 10.2 Compressores Atlas Copco série B resfriados a ar Press%o de trabalho

Tipo

Descarga livre efetiva (dlp)

Ar Comprimido

537

Os compressores da série D têm, basicamente, condições de funcionar com resfriamento a ar ou a água. Pressão de trabalho efetivo normal de 7 kgf/cm2e máximo de 8,8 kgf/cm2.Capacidade de 11.9 m3/mina 17,4 m3/min, nos tipos DR2 e DR4,respectivamente. Existem compressores de êmbolo seco, como os da Série K da Sulzer, que podem comprimir, além de ar. amônia, fréon, nitrogênio, metano, propano, butano, propileno etc., al6m de misturas de gases. Compressores rotativos de parafusos Contêm dois rotores helicoidais, um com lóbulos convexos e ouiro com lóbulos côncavos. denominados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Geralmente o rotor macho é acionado pelo motor, e os rotores são sincronizados por meio de engrenagens. O ar é admitido na abertura de admissão e comprimido à medida que as porções engrenadas de cada parte dos lóbulos se movem em direção à extremidade de descarga. Nos modelos com engrenagens distanciadoras sincronizadas, não há contato entre os rotores dentro da câmara de compressão. Conseqüentemente, estas partes não necessitam de lubrificação, e o ar comprimido será completamente isento de óleo. No caso de não haver engrenagens sincronizadas, dever6 haver lubrificação interna e o compressor denomina-se tipo de .parafusos lubrificados. Este último tipo é o mais . empregado. Regulagem: é obtida fechando-se a admissão e abrindo-se a descarga para a atmosfera. Há uma válvula de retenção no tubo de descarga, para evitar que a pressão ali reinante afete os rotores durante os penodos sem carga. Resfriamenlo: é feito pelo óleo nos tipos lubrificados. Esse óleo é por sua vez resfriado a ar ou a Agua. Limites de utili~<1ção: existem modelos desde 5 m'/min e pressão de 8,8 kgflcm2. Embora usado também para vazões reduzidas, é considerado muito econômico para volumes na faixa de 100 m3/min (3.500 cfm) e 570 m3/min(20.000 cfm) e pressão de trabalho de

p

-

7 kgf . c m Z(100 psig) a 8.8 kgf . c w 2(125 psig)

Vantagens: fornece ar isento de Óleo (no tipo isento de óleo); - tem um mínimo de peças sujeitas a desgaste; - requer fundaçôes simples e pequena sala de compressores: - é ideal para unidades portáteis devido a seu baixo peço; sua velocidade pode ser adaptada à dos motores de combustão interna convenientes ao seu acionamento; - possui nível de ruído baixo nos tipos lubrificados a óleo: cerca de 70 a 80 decibéis. O compressor de parafusos tem um consumo específico de energia maior que o alternativo, como mostra a Tab. 10.3.

-

Tabela 10.3 BHP necessários para produzir 100 cfm a 100 pai

I

Capacidades do compressor 100 cfm 500 cfm 1.000 cfm 3.000 cfm

1

Pisião 23.5 20,l 19.0 18.2

1

Para-

1

26.1 25.0 22,4 21,3

A Fig. 10.8 mostra como se engrenam os rotores macho e fêmea de um sistema de compressor de parafusos. A Fig. 10.9 apresenta um conjunto compacto de compressor de ar a parafuso, modelo Rollair, da Worthington, e a Fig. 10.10, uma vista fmntal dos parafusos desse compressor. A Tab. 10.4 permite a escolha do modelo de compressor Rollair conforme sua capacidade. Na Fig. 10.11 são mosuados dois cortes de um compressor de parafuso de fabricação da tngersoll-Rand. A maioria dos grandes fabricantes de compressores possui uma linha de compressores de parafuso. como a Worthington, que fabrica o Rollair; a Atlas Copco, com o compressor GA; a Ingenoll-Rand, com o compressor SSR 2 W ; a Gardner-Denver, com o Rota Screw; a Bakair GHN (Barionkar), com o Broomwade; a Holman, com o Rotair; e outras mais, como a Sullair S.A. e a GHH Sterkrade.

Compressores roiativos de palheras Consistem em um rotor girando excentricamente no interior de uma carcaça. As palhetas movem-se radialmente nas ranhuras do rotor e são forçadas. por molas ou pela força centrífuga, contra as paredes internas da carcaça, ou conm anéis de guia. que evitam contato dueto w m a carcaça Quando o rotor gira, as +tas acompanham a parede interna da carcaça e, como o rotor está colocado excennicamente, deslizam para deniro e para fora do rotor. Desta forma, o espaço entre as palhetas vizinhas variará, comprimindo o ar aprisionado neste espaço.

538

Instalagóes Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 10.8 Rotores de compressor de parafusos.

Tabela 10.4 Dados dos compressores Rollair da Worthington

7 Modelo

Rollair - Capacidades, dimensões e pesos

Pressão Máxima (psig) íkgIcm9

Capacidade a 100 psig ícfm) (m3/min)

Fig. 10.9 Compressor Rollair, de parafuso, da Worthington.

Fig. 10.10 Vista dos parafusos do compressor Rollair.

As válvulas são substituídas por aberturas nas paredes da carcaça. A partida se dá sem carga, pois as palhetas s6 encostam no cilindro produzindo compressão quando o número de rotações cresce. O consumo de energia é maior do que nos compressores alternativose de parafuso, para as pressões usuais de 7 kgf/cm2- 100 Ib/pol.2. Necessitam de lubrificação abundante, o que é um aspecto desfavorável para muitas aplicações industriais.

Ar Comprimido

RTE VERTICAL

CORTE HORIZONTAL Fig. 10.11 Compressor de parafuso, de alta pressão da Ingersoll-Rmd.

Fig. 10.12 Compressor rotativo de palhetas. de dois estigios (Allis Chalmers Manufactunng Compmy).

539

ENTRADAS DO

Fig. 10.13 Representação esquemitica do compressor CL da NASH Engineering.

.4r Comprimtdo

541

Compressores de anel líquido Estes compressores consistem em uma carcaça dentro da qual está colocado excentricamente um rotor com palhetas fixas. A carcaça é parcialmente enchida com um líquido que é movimentado pelas palhetas do rotor. O líquido é lançado para a periferia pela força centrífuga, formando um anel rotatório. excentricidade i do rotor, há uma ação de compressão similar àquela do compressor de palhetas. As desvantaDevido ? gens deste tipo são a necessidade de dispositivo para manter constante o nível do líquido e o perigo de cavitação, com conseqiiente erosão. O alto consumo de energia destes compressores os toma inadequados para aplicações industriais correntes. São vantajosos quando se deseja ar limpo de poeiras e contaminantes, pois a água os incorpora durante a fase de compressão. Não necessitam de nenhuma lubrificação no mtor, pois as palhetas não encostam na caixa. São usados para ar de instrumentação. controles, hospitais, laboratórios, fabricas de produtos químicos etc., com reais vantagens. A Fig. 10.13 mostra esquematicamente o compressor Nash de anel líquido. Compressores rotafivosRoots Os compressores tipo Roots, ou sopradores tipo Roots, como são frequentemente denominados, constam de uma carcaça, dentro da qual giram em sentido oposto dois rotores de dois dentes. Os rotores são sincronizados por meio de engrenagens, não havendo contato entre os rotores e, evidentemente, entre estes e a carcaça. Logo. estas partes não necessitam de lubrificação,e o ar comprimido pode ser fornecido isento de óleo. Os compressores tipo Roots não trabalham comcompressão interna elevada. O ar é meramente bombeado como numa bomba de engrenagens. Assim só podem ser empregados para pressões baixas de trabalho (o limite é geralmente de I k g f . ~ m - ~ ( 1Ib.po1.' 5 ). O nível de mído é relativamente alto. São usados para grandes vazões de ar, até 600 m3/min.

Fig. 10.14 Cone de um compressor ROO~P

10.3.2 Turbocompressor Possui um ou mais mtores parecidos com os das turbobombas, os quais giram com elevada velocidade no interior de uma câmara. Pode ser do tipo: -centrífugo ou de pás radiais. A unidade compressom é então conhecida como uma centrífuga; -helicoidal; axial. É econômico paragrandes descargas 500 m31min(17.700 cfm) -com uma pressáo de trabalho de 7 kgf.~m-~(100 1Wpd.'). Para pressões elevadas necessárias em certas indúsirias, os turbocompressores são de múltiplos estágios. (Fig. 10.15). A regulagem da capacidade é normaimente feita por dispositivos de estrangulamento no lado da admissão. Os compressbres axiais possuem melhor rendimento que os radiais, para altas capacidades. O número de rotações por minuto pode alcançar valores muito elevados, de 50.000 rpm e até 100.000 rpm em aplicações aeronáulicas e espaciais.

-

-

542


Fig. 10.15 Compressor centrífugo de múltiplos estágios (Ingenoll-Rand).

10.4 CONSUMO ESPECÍFICO Para uma comparação entre os vários tipos de compressores, faz-se referência a grandeza denominada consumo especijico. Consumo especíjko é a potência absorvida por unidade de volume de ar e na unidade de tempo escolhida. O consumo específico de potência é medido em cvlm'lmin, ou em HPI100 pés'lmin de descarga livre padrão de ar; essa grandeza será apresentada no item 10.5. Um consumo específico de 7 cvlcm31minjá é bastante baixo, e o de 6.5 cv/m3/min (18,2 HPI100 pés3/min) 6 considerado extremamente baixo, portanto excelente. Os valores baixos são obtidos em geral em compressores para capacidade média e grande. Para se conseguir um bom desempenho, isto é, um baixaconsumo de potência, é preciso que o compressor seja adequadamente resfriado, e que a água de resfnamento seja fornecida a cerca de 10°C abaixo da temperatura ambiente. Quando se emprega água de uma torre de arrefecimento, deve-se observar o que foi dito quanto à temperatura da água que sai resfriada da torre para que o rendimento do compressor seja bom. Compressores resfriados a a r possuem consumo específico 3 a 5% superior ao dos resfriados a água, sendo o ventilador responsável por cerca de 1 a 1.5% deste acréscimo. Pequenos compressores sáo geralmente resfriados a ar e possuem consumo específico de energia superior ao que foi mencionado, porém o custo da energia é fator secundário nos custos de operação dos pequenos compressores. Tabela 10.4a Pressio de trabalho

Tipo de compressor alternativo

2 a 4 kgfcm-' (30 a Ml lblpol.')

l estágio

7 kgfcmP

2 estágios. É o mais empregado. Consome cerca de 15%menos de potência que o de I estágio para comprimir ar a 7 kgf.cm-'

(100 IWpol.') (pressão usual) acima de 7 kgf.cm-'

2 MI mais estágios

O gráfico da Fig. 10.16 mostra o consumo específico de potência dos vános tipos de compressores em função da descarga, permitindo escolher sob aquele aspecto o mais adequado. A Tab. 10.4a indica qual o tipo de compressor alternativo a utilizar para determinada faixa de pressão de operação. O gráfico da Fig. 10.17 indica a variação do consumo específico em função da pressãio de trabalho do compressor, permitindo observar que o de dois cilindros é mais vantajoso que o de um cilindro, conforme será explicado mais adiante.

Ar Comprimido

TURBO

I

! 4

.-

I

i

1

I

i

I

I

I

i

2..

l i

4 5

10

20

I

60

10O

I

'

! !

I I

1 I

i ! 200

I '

I

m3/ min 500

1004

Fig. 10.16 Consumo específico de potência em funçáo da descarga

Fig. 10.17 Consumo específico de potência em compressores alternativos.

descarga

543

544

Instah~õeçHidrául~casPrediais e industriais

10.5 DESCARGA LIVRE PADRÃO (DLP)OU DESCARGA LIVRE EFETIVA

(DLE) Os compressores e equipamentos que utilizam ar comprimido, em geral nos catiiogos, têm suas vazões expressas não em relação b pressão de operação, mas referidas à pressão atrnosf6rica normal. Designa-se por descarga livrepudráo (dlp) a quantidade de ar livre descarregada por um compressor, comgida para as condiçóes de pressão, temperatura e umidade reinantes na admissão. Considerar-se-á na admissão o ar livre, isto é, o ar submetido à pressão atmosférica, cujo valor corresponde a uma coluna de 760 mm de mercúrio, à temperatura de 15°C e a uma umidade relativa igual a 36%. Existem catálogos que exprimem avazão do ar comprimido na pressão de operação. Deve-se, portanto, observiu a que condições de pressão se refere a vazão, pois, como se sabe, um determinado volume de ar à pressão atmosférica, quando comprimido, ocupa um volume menor. Convém notar, ainda, que alguns fabricantes fazem referência à quantidade de ar admitida no compressor em vez da quantidade de ar que sai, referido às condições que existem na admissão. Isto conduz a uma pequena diferença, em geral desprezivel nos cálculos para os quais não é exigida grande precisão. Para transformarmos a vazão normal ou descarga livre padrão para as condições de pressão de saída de ar do compressor e existentes na linha, recorremos i equação dos gases perfeitos. Sabemos, pela Lei de Gay-Lussac - Boyle-Mariotte (ver item 10.7.2) que:

ondep, e p , são as pressões expressas em kgflm2absolulos; e V, e V,, os volumes inicial e final em metros cúbicos. Assim, p, = pressão atmosférica = 10.330 kgf/m2ou 1,033 kgflcm2 p, = pressão final V, = volume de ar normal ou dlp As temperaturas TIe T, podem ser consideradas iguais. Temos, portanto,

A razão

h chama-se relapio de compressão e se designa pela letra R Pl

Para se obter o volume real ocupado pelo ar depois de comprimido, hasta dividir o volume inicial de ar livre pela relação de compressão R.

A Tab. 10.5 fornece os valores da relação de compressão para as pressões usuais de trabalho.

Tabela 10.5 Pressão kgf/cml

1.0

2,O

3,O

4.0

5,O

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

2.0

3,O

4,O

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10,O

11.0

Relação de

compressão (R)

Exercício 1 Qual a descarga de ar correspondente a 5 m3de dlp (ar normal), supondo ser a pressão igual a 7,O kgf/cm2? Temos:

7+1 R=--=

1) Relação de compressão

2) Descarga do ar comprimido:

1

V,

=

8

-5 = 0,625 mi/min 8

Na tubulação, a descarga será de 0,625 m3/min.

10.6 FATORES A CONSIDERAR NA ESCOLHA DO COMPRESSOR Na escolha do compressor, devem ser levados em conta fatores que concorrem para um baixo custo de operação e baixo custo de instalação, conforme a Tabela 10.5a.

Tabela 10.5a Baixo custo de energia Segurança de operação Baixo custo de manutenção Baixo custo de água de resfnamento Baixo custo de supervisão

Alto rendimento se traduz em baixo consumo específico de energia. Bom balanceamento, m'nima vibração, materiais e dimensões adequados. alta qualidade na fabricação das peças componentes. As peças sujeitas a desgaste devem ser de fácil substituição e projeto simples. possibilitando manutenção por pessoal adequado. Em cenos casos, baixo consumo de água de resfriamento C de maior imporiância quaiidu iião existe reaproveitamento da Agua. Lubrificação automática; drenagem automática de água condensada; dispositivos de controle e de segurança tomam desnecessária supervisão manual continua.

Total: Baixo custo de opera~ão

Baixos custos de funcionamento

Pequeno espaço necessário

heços moderados

Compressor de projeto compacto e equipamento auxiliar reduzido economizam área de construção. Economia de fundaçaes e de equipamentos para levantamento. Equipamento de instalação simples e adequado para a montagem sobre amortecedores de borracha em fundações simples (pequenos compressores). Um compressor projetado para motores e chaves de partida padronizados contribui para baixo custo inicial. Aliados ao consumo de energia e de todos os outros custos.

Total: Baixo custo de instalação

Baixos custos iniciais

Baixo peso Instalação simples Equipamento elétrico simples

10.7 FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICAAPLICÁVEISAOS COMPRESSORES E AS INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO 10.7.1 Conceitos básicos Para a compreensão das questões relacionadas com a produção, o transporte e o emprego do ar comprimido, é necessário recorrer a algumas noções de Temodinâmica, que recordaremos a seguir. Não iremos deduzir as equações para não nos alongarmos exageradamente. Enunciaremos as leis, apresentaremos as equações que as exprimem e daremos alguns exemplos de aplicação. Calor. E uma modalidade de energia transmitida de um corpo para outro quando existe uma diferença de temperatura entre os mesmos. Corresponde à energia cinética das moléculas do corpo. Temperatura. E a indicação do nível energktico em que se encontra a quantidade de calor de um corpo.

Unidades de quantidade de calor Quilocaloria (kcal ou cal). É a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água de 14,5 a 15,5"C. 1 kcal equivale a 427 kgm. British Thermal Unit (Btu). É a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de I Ib de água de 63" a &ioF (14.5 a 15,5T).

1 Btu + 0,252 kcal 1 kcal + 3,968 Btu 1 BtullbPF -+ I kcaükgPC Capacidade t é ~ i c aC. É a quantidade de calor necessária para produzir um determinado acréscimo de temperatura numa dada massa. E expressa pela razão entre a quantidade de calor fornecido AQ e o aumento de temperatura ATcorrespondente, isto é:

Calor especl:ficoC de uma substância. É a razão entre a capacidade térmica do corpo dela constituído e a massa m do corpo considerado.

O calor e.vpecij(icoda úgua é igual a 1 kcaükgPC. A quantidade de calor Q é dada pela expressão: (10.3)

[kcal]

sendo M : cr massa AT = T r: a diferença termométrica c: o calor específico -

Para os gases, há dois calores específicos a considerar: Calor especíjico a volume constante C,. Representa a energia térmica aplicada na elevação de temperatura, isto 6 , no aquecimento. Para o ar e os gases diatômicos:

Calor especijico a pressão constante C, Representa a energia térmica fornecida ao gás para produzir aquecimento e também trabalho de expansão. Para o ar e os gases diatômicos: C, = 0,1321 kcaükg = 0,2375 Btullb A relação K entre C, e C, é uma grandeza importante no estudo da evolução térmica de um gás. Para o ar e os gases diatômicos secos

10.7.2 Leis dos gases Consideraremos apenas as leis que interessam mais diretamente às questões ligadas ao ar comprimido em suas aplicações mais comuns.

Ar Comprimido

547

Leis de Gay-Lussac 1."Lei. "Os volumes ocupados por uma mesma massa de gás. sob pressão constante, são proporcionais às temperaturas absolutas." E chamada Lei de Charles.

As temperaturas absolutas T, e T, são expressas em graus Kelvin. Z."Lei (também chamada lei de Amontons). "As pressões adquiridas por uma mesma massa de gás sob volume constante são proporcionais às suas temperaturas absolutas."

Pode-se escrever sob outra forma, muito usual

1 sendo a = -= 0,003666"C-' 273 (Y

tem o mesmo valor para todos os gases ditos perfeitos.

Lei de Boyle-Mariotte "Quando a temperatura é constante, o volume de uma determinada massa gasosa é inversamente proporcional à pressâo a que está submetida."

Podemos escrever P

.V

=

constante

para t constante, isto é, quando a transformação é isotémica. Lei,de Gay-Lussac -Boyle-Mariotte E uma conseqüência das leis anteriores. "Os produtos das pressões pelos volumes são proporcionais hs temperaturas absolutas."

Equação de Clapeyron ou equação dos gases perfeitos, ou, aindB, equa@o de estado dos gases perfeitos Considerações preliminares Seja: m: a massa do gás M: a molécula-grama, ou seja, a massa molecular do gás expressa em gramas. A grandeza

fornece o número de moléculas-grama do gás.

548

Instalacões Hidráitlicas Prediais e Industriais

Demonstra-se, combinando a lei de Boyle com a de Charles, que Equação de Clapeyron ou dos gases perfeitos

R é a constante universal dos gases perfeitos. Podemos escrever também

Para o ar, o valor da constante universal R é

Vamos escrever a equação dos gases perfeitos sob outra forma usual. Inicialmente, observemos que:

T : temperatura absoluta a O'T

=

273°K

m : a massa do gás a O°C = 1,2929 kg M : a massa molecular do gás = 28,95

p : pressão atmosférica absoluta = 1,033 X 104kgf . m-2

Chamemos de

Podemos escrever:

ou

Para calcular o valor da constante r, temos

Poderíamos calcular também pela razão

Donde

Exercícios sobre as equações de Gay-Lussac e Boyle-Mariotte

a constante espec@ca do gás

Ar Comprimido

549

Exercício 2 Comprimiram-se 600 dm3de ar à pressão atmosférica até reduzir seu volume a 105 dm3, sem que variasse a temperatura. Qual o valor da nova pressão?

Exercício 3 Um reservatório de 2,5 m3 contém ar comprimido a 6 atrn manométricas, sendo a temperatura de 30°C. Qual opeso do ar contido no reservatório?

p dado em kgf/m2 R = 29,27 (ar)

O peso de ar contido no reservatório é de 20,383 kgf. O peso específico do ar será:

Exercício 4 Aquecem-se 10 m3 de ar da temperatura de 30°C até 150'C sem que haja variação da pressão. Qual será o novo volume na temperatura de 150°C?

4 -- 4- (Lei de Gay-Lussac) Mas p, = p, e temos 7; T2 Logo V , = V . - = l o x

7;

150 + 273 = 13,960m3 30 + 273

Exercício 5 Um depósito de ar de 2 m3contém ar comprimido a 6 atm manométricas, numa temperatura de 40°C. Por um defeito no sistema de resfnamento, o ar comprimido é aquecido a temperatura de 80°C. O volume do reservatório, evidentemente, não mudou. Achar a nova pressão.

Agora, V,

=

V,, logo Pl = P2 -

7-1

T2

T 80" p 2 = p i . 2 = ( 6 + 1). 40 T,

7,9

-

+ 273* -- 7 x 353 = 7.89atrn. abs

+ 273

1 = 6,9 aun manométricas

313

550


Exercício 6 Um reservatório hidropneumático de 1,80 m3 de capacidade contém ar comprimido a 2 atm efetivas numa temperatura de 20°C. Acionou-se o compressor até que o ar atingiu 6 atm manom6hicas. Achar a nova temperatura do ar, sabendo-se que o volume de ar ficou reduzido para 0,809 m3.

Podemos escrever:

Mas

A temperatura do ar nas novas condições sera E, = T, - 273" = 45'C. Observação: Na realidade, no reservatório hidropneumático, h6 uma transferência de calor para a água, de modo que a temperatura T,terá um valor menor que o achado.

10.7.3 Processo politrópico de compressão Chama-se processo politrópico ao processo de compressão ou expansão de um gás perfeito cuja dependência entre a pressão e o volume é dada pela equação

O valor do expoente n definirá o tipo de processo politrópico. Assim, se n = 1, teremos

I

p .

t' =

constante

I

e se trata de um processo isotérmico, isto é, sem que a temperatura do gás varie. Segue a lei

Se n assumir um valor que designaremos por k, poderemos escrever:

equação que traduz um processo isoentrópico. isto é, em que a entropia do gás permanece constante. Às vezes chama-se esse processo de adiabático, isto é, sem troca de calor com o ambiente. Quando o processo adiabático se realiza em um ciclo reversível, alguns autores preferem chamá-lo de isoentrópico. Se n for igual a O, o processo é isobárico, isto é, sob pressão constante. A temperatura varia proporcionalmente com o volume.

Ar Comprimido

551

10.7.3.1 Compressão adiabática Equafão de Laplace-Poisson Essa equação rege o comportamento de uma determinada massa gasosa numa evolução isoentrópica adiabática, isto é, sem troca de calor com o exterior.

]

p.Vk=K

I

Equação de Laplace-Poisson ( 10.19)

onde p 6 a pressão, V é o volume, k é a relação entre C, e C, (chamado índice de compressão adiabática) e K é uma constante que depende da massa e da natureza do gás. Para o ar seco, e os gases diatbmicos, vimos na fórmula (10.4) que

Para o ar com pouca umidade k, = 1,395 Portanto, nas transformações adiabáticas do ar podemos escrever sem erro sensível:

E Z I p . V'."

K

Na transformação isotérmica, o calor, à medida que vai sendo produzido, é retirado de modo a se manter a temperatura constante. A relação entre C, e C, é igual a 1 e chega-se à equação de Boyle-Mariotte. (10.21) As equações aplicáveis à compressão e à expansão adiabáticas são regidas pelas chamadas Leis de Poisson, que são:

-

Exercício 7 Suponhamos que 3 m3 de um gás à pressão atmosférica são comprimidos adiabaticamente até que a pressão seja igual a 5 atmosferas manométricas. Admitindo que o índice de compressão seja k = 1,30, determinar o novo volume do gás.

vimos que Logo,

v,

(A)' 1

=

552

Instalações Hidrdulicas Prediais e Itidustriais

Observação: Se a compressão fosse perfeitamente adiabática e o gás fosse o ar, adotaríamos n 0,835 mi. Se fosse isotérmica, teríamos

=

1,40 e obtenamos V, =

Exercício R Se comprimir mo^ üdiabaticamente 8 m' de ar a pressão atmosférica ate que o volume fique reduzido a 2,5 m3,qual será a pressão efetiva no novo estado?

A pressão efetiva será 5.09 - 1,O0= 4,09 atm. Exercício 9 Um compressor comprime um gás na temperatura de 20°C e, na pressão atmosférica, até a pressão de 7 atmosferas manométricas. Supondo k = 1.30, qual será a temperatura do gás ao final?

Exercício 10 Um compressor comprime adiabaticamente 10 m3de ar a temperatura ambiente de 25". Qual será a temperatura do ar comprimido quando o volume ficar reduzido a 2 m3? Admitir que o índice de compressão seja n = 1.40.

A temperatura será

,=

-

273.0

=

566.2

-

273.0

=

293,2OC

10.7.4 Trabalho na compressão isotémica Na Fig. 10.18, acha-se representado o diagrama correspondente à compressão isot6rmica. É preciso notar que, para manter a temperatura constante, é necessário ir retirando calor enquanto se realiza a compressão. Como vimos, a equação da curva isotérmica é p . V = C O volume inicial V , de gás é reduzido ao valor final I; enquanto se processa a variação da pressão, do valor p, correspondente à pressão atmosférica ao valor final p,.

Ar Comprimido

553

Demonstra-se que o trabalho total absorvido na compressão isoténnica do ar desde o início da compressão até a completa expulsão do ar comprimido é dado por, ,z , , =, ? , , +, % ,,,,r onde os valores dos diversos trabalhos estão indicados na legenda da Fig. 10.18. Esse trabalho total pode ser expresso pela equaqão:

a,,,,,, = 2,3

x P,

. v , . ig

(E)1

10.7.5 Trabalho na compressão adiabática No caso dos compressores alternativos, a transformação que se processa no ar 6 aproximadamente adiabática, pois a troca de calor que ocorre é pequena. O trabalho total na transformação adiabática é calculado pela expressão

.

A Fig. 10.19 mostra o aspecto de uma adiab4ticapvL= C e de uma isotémicap V = C. A área AIGA representa a economia de trabaiho na compressão isoténnica comparada com a da compressão adiabática. A conclusão a que se chega é que o ideal seria uma transformação isotérmica no compressor, mas na realidade o que se consegue é uma curva intermediária entre as duas que estão representadas, portanto um trabalho de compressão compre-

endido entre o isoténnico e o adiabático. Exercício 11 Um volume de 4 m' de ar acha-se submetido à pressão aunosf6rich. Determinar os trabalhos que se realizarão sob a forma de compressão isot6rmica e depois sob a forma adiabática, quando o ar for comprimido a 6 atmosferas manométncas. Considerar k = 1.40.

'L

LEGENDA

V2 = VOLUME F I N A L

. . . .. .

z

: T R A B A L H O DE

rornL Z

'

k

:c

I-

COYPRESS~O

I S O T É R M I C O nssorviDo

. =

p 2 V2

T R A B A L H O DE D E S C A R G A

DO A R

TRABALHO EFETU&DO MA

FACE OPOSTA DO E I B O L O PELA P R E S S ~ OA T Y O S F ~ R I C A

VI = V O L U M E I N I C I A L

Fig. 10.18 Diagrama dos trabalhos nacompressão isotétmica.

554


p t

Fig. 10.19 Trabalho na compressão adiabdtica

1 ."Caso: Compressão isotémiica

2."Caso: Compressão adiabdrica

A compressão isotérrnica apresenta sobre a adiabática uma economia de 107.685 - 80.314 = 27.371 kgm 107.685 - 80.314 = 27.371 kgm ou de

10.7.6 Diagrama do Compressor alternativo Consideremos agora a evolução real do ar no cilindro de um compressor alternativo monofásico e de simples efeito.

Ar Comprimido

555

Diagrama teórico É constituído de duas curvas politr6picas. que se situam entre as curvas adiabáticas e isottrmicas, e de duas isobancas horizontais, que representam a variação do volume Vpara a pressãop constante. No diagrama da Fig. 10.20, vemos que as isobáricasreferem-se As fases de aspiração e de escapamento, e as politrópicas, Bs fases de compressão e de fechamento do escapamentocom abertura da aspiração de ar. Como as válvulas não atuam instantaneamente,a aspiração começa realmente em M e não em A e a compressão começa em K e não em B. Por isso, o diagrama real não se apresenta exatamente sob este aspecto. Observações: 1. A pressão na linha de aspiração deve coincidir com a da pressão atmosférica. 2. O consumo de potência pelo compressor é proporcional área do diagrama; p o m t o , se a linha de aspiração estiver abaixo da pressão atmosférica, a área do diagrama aumentará, o que traduz aumento no consumo de energia sem nenhum proveito. 3. Observa-se que a curva politr6pica BC correspondente A fase de compressão situa-se entre a diabhtica e a isoténnica.

10.7.7 Compressão polifásica Os compressores alternativos monofásicos são empregados quando a pressão desejada é da ordem de 4 a 5 atmosferas. Até esses valores, obdm-se um rendimento razo6vel. Se, entretanto, a pressão pretendida for maior, usando um cilindro apenas, o rendimento que se obtém será baixo. A solução é comprimir o ar escalonadamente; assim se consegue que o rendimento seja satisfatório. Para isso se usam compressores com dois e até mais estágios.

CURVA P O L I T R ~ P I C A

A

B C D

ASPIRACAO

-

I N ~ C I ODA FIM D A

ASPIRACXO

ASPIRA~ÃO

I N ~ C I ODO E S C A P A M E N T O

FIM 00 E S C A P A M E N T O

v

Fig. 1030 Curvas isobáricas. adiabhticas. isot6nnicas e politrópicas. Diagrama le6nco.

556

Instalaçdes Hidráulicas Prediais e Industriais

Quando o compressor tem mais de um estágio, é indispensável esfriar o ar ao passar de um estágio (ou fase) para o seguinte. Suponhamos que se trata de uma compressão bifásica. O ar entra no primeiro cilindro na pressáo atmosférica normal e é comprimido até uma certa pressão, cujo valor irá depender da pressão final desejada. Depois de comprimido, o ar passa por um resfriador intermediário (intercooler). no qual, sem que perca a pressão, sua temperatura baixa praticamente ao valor que tinha no início da primeira aspiração. Do resfriador a ar ou a água, o ar passa ao segundo cilindro. devendo entrar com aproximadamentea mesma pressão com que saiu do primeiro. Na realidade ocorre uma pequena perda, de cerca de 0,05 atm no intercooler. É preciso resfriar o ar o mais possível, pois quanto mais baixa for sua temperamra, melhor será o rendimento do compressor. A Fig. 10.21 mostra o diagrama no qual se observam a curva adiabática teórica AI e a curva isotérmica te6rica AE correspondentes à compressão pretendida. A curva ABH representa a politr6pica no caso de o compressor ter um s6 cilindro e a curva ABCD, no caso de a evolução do ar se realizar em dois cilindros com resfnamento na passagem de um estágio ao seguinte. A área BCDHB representa a economia de trabalho e, portanto, de consumo de energia, quando se usam dois estagios em vez de um apenas. A experiência mostra que um compressor de dois estágios oferece uma economia de cerca de 15% de energia sobre o de um estágio. Exercício 12 Determinar a economia de trabalho absorvido por um compressor de dois estágios em relação ao de um estágio. Supor que são admitidos 3 m3por minuto de ar na temperamra e pressão ambientes, e que a pressão final deva'ser de 12 atmosferas. Considerar o índice de compressão k = 1,3.

1.' hipótese: Compressáo monofásica O trabalho consumido é dado pela expressão i:=

.. . -

n

n - l

--------P R E S S ~ OFINAL

---PRESSI(0

INICIAL N A 29 FASE

o

V O L U Y I 0 0 10 C I L I I I D R D I DE B A I X A P a ~ s s d o )

Fig. 1031Diagrama representativo da mmpressZo polifasiea

Ar Comprimido

557

Substituindo pelos valores do enunciado, isto é,

V, = 3 m3/min

p, = 12 atm

temos

107.952 kgm

Z =

2.' hipótese: Compressão b$ásica (dois estágios) Neste caso o trabalho consumido é calculado pela expressão:

Temos que calcular primeiramente a pressão p, no final da primeira fase, o que se efetua pela fórmula:

p,., p

=

,,,,

v1 x (12 + 1) = 3.6 atm

= 3,6

-

1.0 = 2,6 atm

Logo,

=

91.987 kgm

A economia de trabalho usando compressor de dois estágios é de

ou, percentualmente,

A economia de energia no caso do compressor de dois estágios em relação ao de um estágio será, portanto, de aproximadamente 15%. Exercício 13 Determinar o índice de compressão adiabática que se verifica em um cilindro de 300 mm de curso e espaço livre de 5%. a 4,4 atm absolutas, e de cujo diagrama representado na Fig. 10.22 tiramos os seguintes elementos: V, = 252,8 mm p, = 1.38 atm

Considerando a evolução como adiabática, temos: p,

. V,"= p, . V,"

V, = 124.3 mm p, = 3.5 atm

558


O índice de compressão é 1,31

10.7.8 Pressão média efetiva p, Uma das grandezas característicasdo diagrama de trabalho de um compressor alternativo é apressão midia efetiva. O diagrama de trabalho é traçado com o aparelho conhecido como indicador de Watt, quando se ensaia o compressor. Na fase de estudo para previsão do comportamento do compressor, pode-se calcular a pressão m6dia efetiva com as expressões que damos a seguir e, também, a potência efetiva, no eixo motor. Exercício 14 Achar a pressão média efetiva de uma compressão monofásica e de uma bifãsica, sendo a pressão final de 7 atm. Adotar n = 1,40.

a) Compressão monofiisica

p . = 29.268 kgflm2 efetivos

Ar Comprimido

pm=--29.268

10.330

559

- 2,83 atm nianométricas

b) Compressão bifásica

pm

=

14 x 1,4 - 1

pm=--

10.330

-

10.330 x 2

[ -)

-

I

=

25.000 Xgf/m2 efetivos

2.42 atm manornétricas

10.7.9 Potência indicada e potência efetiva Conhecendo-se a pressão média, pode-se calcular a potência indicada, pela fórmula

Apoténcia efetiva P,, isto é, no eixo do motor que aciona o compressor, é obtida dividindo-se a potência indicada pelo rendimento mecânico 17.

-

P,.

-

10.8 INSTALAÇÃO DE AR COMPRIMIDO Uma instalação de ar comprimido compreende: a) Local dos compressores. b) Linha de ar comprimido. No local dos compressores iremos considerar, além dos compressores de que já tratamos, ainda que brevemente, nos itens 10.2 e 10.3, os seguintes elementos: - reservatório de ar comprimido; - resfriador intermediário (intercooler); - resfriador posterior (aftercooler) - separador de umidade condensada; - purgador; - silenciador; - garrafa de pulsaçáo; - filtros; - acessórios; - desurnidificadores para secagem total do ar, no caso de certas aplicações industriais especiais. Na linha de alimentação e distribuição de ar comprimido, temos a considerar: - o traçado da linha; - o dimensionamento do alimentador e dos ramais; - os acessórios a instalar e sua localização (separadores de condensado, purgadores, filtros, reguladores de pressão, lubrificadores e válvulas).

560

Instainções Hidráulicas IJrcdrais r lndustrinis

10.8.1 Linha de ar comprimido O traçado ou luy-our obedece a uma sistemática, que em geral consiste em: a) Marcar em planta os pontos onde será utilizado o ar comprimido, indicando o consumo, a pressão desejada, a natureza do ar (se isento de óleo ou não). Se possível, fazer uma previsão de pontos para futuras ampliações. b) Escolher o melhor local para a instalação dos compressores. O ideal seria que pudesse ficar no centro geométrico dos consumos, de modo a economizar tubulações. Isto, entretanto, raramente se consegue, pois há exigências quanto a mído, espaço disponível, proximidade de alimentação de energia elétrica para acionamento dos motores, tomada de ar exterior e ventilaçâo. c) Traçar em planta o alimentador partindo do local de compressores e derivando ramais e sub-ramais para os pontos já marcados. A experiência em projetar reduz as tentativas para encontrar a solução do lay-out mais funcional e econômico. Embora em certos casos se utilize o alimentador em anel, isto é, em circuito fechado: a linha em circuito aberto é quase sempre preferida. d) Marcar em planta a posição das válvulas de bloqueio dos ramais e dos pontos de onde poderão, em ampliação futura da rede, derivar ramificações. e) Desenhar um esquema isométrico da rede partindo d o local dos compressores. No esquema, serão marcaaas as válvulas de bloqueio e controle, separadores de condensado, purgadores, filtros, válvulas de redução de pressão, lubrificadores, drenos, manômetros, termômetros, visores etc. f) Calcular os diâmetros dos diversos trechos da rede em função da vazão de ar e da perda de carga e da velocidade de escoamento admissíveis. g) Marcar no lay .out e no desenho isométrico os diâmetros e sentido da declividade das tubulações.

10.8.1.1 Previsão de consumo de ar comprimido Vimos que, ao projetar a instalação de ar comprimido, uma das primeiras medidas a tomar é determinar o consumo dos equipamentos, aparelhos e máquinas que irão utilizar o ar comprimido. Para este fim, necessita-se conhecer, através de catálogos dos equipamentos, a demanda de cada tipo que irá ser empregado. Em geral os fabricantes prestam essas informações porque dispõem dos dados técnicos dos equipamentos e máquinas que fabricam ou que representam ou distribuem. Mas não basta conhecer as características operacionais inerentes aos equipamentos. É necessário saber como os elementos se relacionam e como o conjunto irá operar como um sistema. Somente conhecendo o plano de operaçâo e de produção da indústria é que se pode chegar a estabelecer as condições de simultaneidade de funcionamento, identificando e gmpando os equipamentos segundo a probabilidade de que operem ao mesmo tempo. Há equipamentos que operam inintemptamente, outros que usam ar comprimido para ligar e desligar dispositivos, e ainda outros quc funcionam iutermitentemente. Após essa análise de dados, para cuja obtenção a experiência dos operadores e mestres de oficina muito colabora, podese chegar a estabelecer fatores de utilização ou consumo, pelos quais, multiplicando-se o consumo máximo provável de um certo número de dispositivos, máquinas e equipamentos, se pode obter o consumo máximo provável para um ramal, uma linha tronco ou para a instalação toda. Quanto menor o número de equipamentos, maior deverá ser o fator de utilização considerado, pois existe maior probabilidade de que venham a operar simultaneamente. Se houver numa fábrica grande número de bicos de limpeza a ar comprimido, a probabilidade é de funcionarem poucos de cada vez, dada a natureza da operação que realizam, sendo de notar que alguns funcionam na limpeza de uma máquina que consome ar, mas operam somente com a máquina parada. A Atlas Copco, em seu Manual de Instalação de Compressores, ao apresentar um exemplo de dimensionamento de rede de ar comprimido para uma oficina, dá indicação sobre fatores de utilização "típicos para as ferramentas mais comuns". Damos, na Tab. 10.6, o consumo e o fator de utilização de algumas das ferramentas usuais a ar comprimido, lembrando que, sempre que possível, deve ser realizada uma pesquisa em maior profundidade com os responsáveis pela operação dos equipamentos e chefes de produção da indústria, para se ter segurança de uma melhor objetividade. Alguns projetistas, após acharem o valor do consumo pela Tab. 10.6, dobram seu valor para o dimensionamento das tubulações e cálculo da capacidade dos compressores, como uma precaução para garantia da capacidade nos picos na demanda de ar.

10.8.1.2 Dimensionamento das tubulagões Façamos inicialmente algumas observações necessárias para o cálculo do diâmetro das tubulações

Perdas de pressão admissíveis Na prática, adotam-se os seguintes valores para as perdas de pressão admissíveis: - Perda máxima de pressão na rede até o ponto mais afastado: 0,3 kgflcm2. - Tubulações principais: 0,0002 kgflcmz/m, isto é, 0,02 atm/100 m. - Tubulações secundárias: 0.08 atm1100 m. - Tubulações de acesso direto aos trabalhos: 0,20 atmI100 m. - Mangueiras de marteletes, perfuratrizes etc.: 0.20 a t d 5 0 m.

Tabela 10.6 Fatores de utilizacão de aleumas ferramentas em oficina de norte médio

1

Equipamento rtamiani

I

Consumo (dlp) m3/min

I

Fator de utilizacá0

i

Furadeiras Rosqueadeiras Aparafusadeiras Esmerilhadeiras Bicos de limpeza Rehitadores Reharhadores Unidade de jato de areia Pistolas de pintura

Velocidades admissíveis para o ar comprimido Adotam-se geralmente os seguintes valores: - Tubulações principais: 6 a 8 d s . - Tubulações secundárias (ramais): 8 a 10 d s . - Mangueiras (tubos elásticos de acoplamento de ferramentas): 15 até 30 m/s. Do ponto de vista da perda de carga, não se devem usar para mangueiras velocidades muito elevadas. Na prática. porém, não se faz assim, porque as mangueiras de diâmetros reduzidos sá« mais facilmente manohráveis, e quase sempre estão sendo deslocadas de um lado a outro. Para termos uma idéia do valor da perda de pressão, em função da velocidade, consideremos uma tubulaçáo de 0.30 m de diâmetro e 1.000 m de extensão. Para v = 8 rn s-i - a perda é de 1 5 % v = 15m.s-'-aperdaéde6% v = 30 m . s-i - a perda é de 24%

.

Critérios de dimensionamento das tubulações Notemos em primeiro lugar que o menor diâmetro de uma ramificação dcvc ser dc I c quc a menor saída dcssa ramificação, isto é, do sub-ramal, deve ser de 314". Empregam-se, na determinação do diâmetro das tubulações, métodos baseados: - na velocidade aconselhável para o escoamento do ar; - na perda de pressão admissível. "

I." Método: Partindo da velocidade de escoamerito do ar É empregado para o dimensionaniento de ramais secundários até cerca de 10 m. Nio se leva em considera<;úuu perda de carga, a qual para um trecho de táo pequena extensão é realmente desprezível. Pode-se proceder da seguinte maneira: - Determina-se a vazão em m3/min de ar normal. isio é, a descarga livre padrão (Q,,,,, ou dlp). - Estabelece-se o valor da velocidade que, para os ramais, se situa entre 8 e 10 d s . - Calcula-se a relação de compressão R para a pressão no início do trecho de linha.

Se, por exemplo, a pressão for de 7 kgf/cm2.R será igual a 8.

- Acha-se a descarga real (a,,,)para a pressâo de serviçop.

Utiliza-se a Tab. 10.7. Entrando com a velocidade escolhida e o valor da descarga real Q,,,,,,acha-se na primeira coluna o valor do diâmetro.

Tabela 10.7 Volume de ar comprimido real escoado (m3/min),em funfáo da velocidade de escoamento e do diâmetro Diâmetro

Velocidade de escoamento ím.s-I)

em

polegadas

2 '/2"

Exercício 15

Um ramal de 9 m de comprimento conduz 3.5 m3/min(dlp) de ar sob a pressão de 7 kgflcm-'. Qual deverá ser o diâmetro da tubulacio? - Adotemos u = 8 m . s ' 7+1 - Relação de compressáo R = -- 8 1 -

I

-

Descarga real Q = 3,5 X

-

Na Tah. 10.6, acha-se para u = 8 e vazio de 0,463 (valor mais próximo da descarga real Q = 0.437) o diâmetro de 1 114".

-

X-

= 0,437

2." Mitocli): Co?i\iilrmndo o perd~rde cíirgu Pode-se proceder de uma das duas formas a seguir. I." Pril<.csso: Escolhe-se o diâmetro em função da descarga e da velocidade e calcula-se por fórmulas apropriadas a perda de carga. Vcrific:i-\c então se o valor é inferior ao limite perrnitido. 2." Pnl<-t.5il: Pixa-sc o limite para a perda de carga e calcula-se o diâmetro correspondente. Adota-se o diâmetro comercial imediarainciite superior, sc o cálculo não conduzir a um diâmetro comercial de tubo. I." l'ro
ondc: /i, =

I )i = IJ

=

(1 a=

-

perda de pressão manométrica. ein kgflm'. comprimento do cncananiento, em metros. Corresponde à sorna do comprimento real com o comprimento equivalerite correspondente às peças. concxões e válvulas. [~cso esprcífico do ar comprimido na temperatura e na pressão que se tenha no interior do encanamento. Acha-se na. Tah. 10.8. velocidade do ar. em rnetros por segurido. diâmrtni do encanamento eni rnetros. coeficiente variável com o diâmetro e calculado pela expressáo

Chamando de Q a descarga de ar, em m'

. s ' na pressáo de trabalho e lembrando que

rd'

Q = s - v = - - u , podemos escrever:

4

Donde

Esta fórmula é suficientemente exata para as aplicações industriais e é muito usada.

A Tab. 10.8 fornece os valores do peso específico 6 do ar para vánas pressões e temperaturas

Fórmula &Atlas Copco A Atlas Copco apresenta a seguinte f6mula para cálculo da perda de carga em encanamentos

h,= kgf/cmZ Q, = m3/min (descarga livre) 1 = comprimento real mais o equivalente, em metros d = diâmetro, em polegadas p, = pres5ão absoluta inicial - kgflcm-'

Fórmula da Worthington A Worthington indica a fórmula

h, = kgf/cm2 I,, = m Q = vazão de ar normal, m31min R = relação de compressão para a pressão de trabalho d = diâmetro interno da tubulaçáo em cm Façamos um exercício, comparando os resultados das très fórmulas

Exercício 16 Calcular a perda de carga numa linha de ar comprimido de 1 112" de diâmetro e 100 m totais (comprimento real -i equivalente), conduzindo 3.5 m'lmin de ur livrepudráo. quando comprimido a pressão de 7 kgflcm2, sendo a ternperalura de 20°C. l."Solução:Pela fórmula clássica L,'. f . s /I, = 3.75 . a . -d"-d = l li?"

9

0 A velocidade de escoamento será

= =

+=

0.038 m

3.5 m'lmin : (7 + 1 I = 0.437 iri'linin 0.437 60 0.00728 ni"/s

-

2a.

Tabela 10.8 Valores do peso especifico 6 do ar (kgf/an2) r

Temperaiuras

efetivas

O

0,5

1

1,5

2

25

3

3,s

Ressóes e m k g f c n ~ - ~ 4 43 5 5,5

5 rn â

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

5

Ar Coniprinrido

Na Tab. 10.8, obtemos para p

=

7 kgf . cm-' e 1 = 20°C e 6 a =

0.000507

+

=

565

9,63 kgfimi e calculamos

0.038

= 0,000857

Portanto,

2."SoluçÜo: Pela fórmula da Atlas Copco, Q, = 3.5 ni:l/niin

3."Soluç~o:Pela fórmula da Worihington,

Vemos que os valores encontrados com a aplicação das três fórmulas diferem pouco uns dos outros Exercício 17 Determinar a perda de pressão em uma tubula$ão de 200 m e um diâmetro de 0, I0 m, por onde escoam 35 m1de ar livre por minuto, à pressão de 7 atm manométricas e temperatura de 30°C. A pressão de 7 atm, o volume de 35 m3 se reduz segundo a equação

Na Tab. 10.6 obtemos 6

=

9,31 kgf/m2parap = 7 atrn e r = 30°C

Portanto, h,

=

3.25

.
x 0.000636 x

(0.073)' x 200 x 9.31 O.lOí

h, = 2 .05 1 kgf . m-' 205.1 - -10.330

-

-

0.IYX atm manométricas

0.2 kgí,cnir2

Emprego de ábacos Para a determinaqão expedita da perda de carga, empregam-se muitos ábacos como os das Figs. 10.23 e 10.24. o que economiza tempo, principalmente quando se trata de dimensionar muitos ramais. O ábaco da Fig. 10.23 permite obter a perda de carga em kgf/cm2por merro de tubulação. As Figs. 10.24a e 10.24b dão a perda de carga, respectivamente, em bars e kgf . cm-'.

566

Inslalaçóes Hidráulicas Prediais e Industriais

100 80 10 40

o

t*

30 20 I5

o

O Y

r

1 A

-

I

.' c

I

n

10 B

6

4 3

2 1.5

1 0,s

OS

E

0.4

O

0.3

>

O.? 411

'42

O,] 0,0001

o

*>

+

0.0001s 0.0002 O.OW3

X

0,OW'

C

0.0006

= E

0.0001 ao01

c"

-

1'

i

0,001s 0,002 0.001 0.004

4 0

D h,

0

4

0,006 0.008 0.01 0.01B

0

0.02

s 0.03

Fig. 1023 Ábaco para cilculo de perda de carga em tubo com ar compnmido.

Exercício 18 Para Q = 3.5 m3/min (dlp) e pressão efetiva p = 7 kgf . cm-' diâmetro d = 1 IR"+ 38 mm obtemos uma perda de 0,0014 kgf/cm2/m. Para 1 = 100 m, a perda será de 0.14 kgf/cm2.

2." Processo: Cálculo do diâmerro, uma vezfixada a perda de carga admissível Da fórmula (10.33) podemos achar a expressão do diâmetro d e m função da perda de carga e das demais grandezas

Exercício 19 Uma tubulação de 150 m de comprimento total (real + equivalente) alimenta de ar compnmido, a 6 atm manométncas com uma temperatura de 30"C, 12 máquinas operatrizes que consomem individualmente 2 m' de ar livre por minuto e funcionam simultaneamente. Se as perdas aceitáveis por fugas representam 5% e as de atrito 0,12 atm. qual deverá ser o diâmetro do encanamento? Volume total de ar livre po; minuto:

Ar Compriniido

A pressão'de 6 atm o volume se converte em:

Da f6mula (10.35) se pode escrever:

Para calcularmos a precisamos saber o diâmetro d o qual pretendemos calcular. Numa primeira aproximqão podemos adotar:

567

568

Instaiaç6es Hidráulicas Prediais e Industriais

0 0 3 ~om amn aoz oiw ams a2 or 0.7, r n ~ iPERDA a P R E S S ~ ONA G~ULAFXO lbf/onP)

L----

4

s,,z

IY

PREJS~ I N I ~ ~ L ( L V I / ~ ~PI ()

Fig. l0.24b Ábaco para determinação da perda de carga. para ar comprimido (Atlas Copco).

O tubo a empregar será o de 4" (0,lO m). Se utilizamos a fórmula da Worthington, teremos:

Substituindo: 1, = 150 m Q = 26,3 m'lmin + 1 =, R = 6I

F6rmuia simpmada da Worthinglon O diâmetro da tubulação também pode ser calculado de uma forma mais expedita, pela fórmula simplificada da Worthington:

569

Ar Conipriniida

onde: d = diâmetro interno da tubulação expresso em cm Q = vazão de ar normal em m3/min R = relação de compressão V = velocidade de escoamento do ar, em m/s Exercício 20 Com os mesmos dados do Exercício 19, calculemos o valor do diâmetro da tubulação.

Adotemos v = 8 m . s-'

ou seja. diâmetro de 4"; valor encontrado no Exercício 19.

Tabela 10.9 Comprimento equivalente correspondente a conexões, válvulas e acessódos, em metros de tubo de aço retilíneo, novo

R A I O LONGO F L A N .

6

VALVULA GLOBO ABERTA

6

-

ROSQ. 6.7 FLAN.

'

-

7.3

0,s

-

-

VALVULA GA V E T A

R O S Q 0.17 0,2O

VÁLVUL~

ROSQ. 1,s

A N, 4,6

VÁLVULA

0R ETENCAO

ROSQ. --

PORTINHOLA F L A N .

UNIÃO

2,4

- 1

QFILTRO

Y

REDUÇÃO

HOSQ.

-

-

121,4--2;5-1287[;6,6

0 3 4 0 , 3 7 0 ~ 4 6Oi52 ?---.fpi-~ - , I - 0,80 0 , e 3 '5,2

/5,5 5 , 5 +--.C

5,55 5 , 5 5

j

-

-

45.7

i 5,551 5 , 5 5 ?1

1 0,85

~

~

-

-

5,8

6,7

11,6

-

-

8,2 -

5.2

6,4

8,3

11,6

15,2

-~

A

i

-

jo,oeio,ii I- -

'2.3

1.2 0,5

5.5

1

0.12 10,14 0 , 1 4 - -

-----

8 . 1 t8.n

---2.0 - 0.7

3.0 1,0

8.0

-

0,16 0 , 1 9

. ....-

-

-

-+

-

4,6

-

94.5-

-.-- .-

-

-

-

3,4 4.0 2 , 7-.-..~-.+---------

-

47,9 79.3

i

11,6 15,2

/

-

0 , 8 8 10,95 0 , 9 8 0 , 9 8 0,98

8,5

-

-

-

0 ~ 5 8

6,7

-

-

1

lin.ola3.5

6,4

2.0

ROSQ,

-

1is.s

-

R O S Q 1.5

V A L V U L A DE DIAFRAGMA

l i i . 3 l l r . 8 116,s

--+-

-

H O S Q 0 ,-0 7 0 , 0 7 -~

--

1 9 , 2 27,4

-

.

.---

36.6

.---

1 9 , 2 2 7 , 4 36,6

-

.----

10.4

i8,b-i~,B
4.5

6.0

8.0

10.0

2,O

2,5

3,5

4,O

--

-

-

Perdas de carga localizadas Nas expressões que temos usado, o comprimento da tubulação refere-se ao comprimento total 1, isto é, à soma do comprimento real I, acrescido do comprimento equivalente ou virtual (I,)

O comprimerito equivalente, como vimos no Cap. 1, corresponde ao comprimento de uma tubulaqão fictícia cuja perda de carga é igual à soma das perdas de carga das conexões, registros e outras peças, intercaladas na tubulação. Os valores dos comprimentos equivalentes correspondentes às conexões, válvulas e peças podem ser encontrados na Tab. 10.9. Acontece que para usar essa tabela já devereriios saber qual o diâmetro, e para calcular o diâmetro precisamos conhecer 3s perdas de carga. Essa indeterminaçiio se resolve dd seguinte maneira: Admite-se que as perdas de carga localizadas correspondarn a 10% do comprimento da tubulação, se esta tiver mais de 100 m de comprimento real. Praticamente. aumenta-se ficticiamente de 10% o comprimento real da tubulação. - Se a tubulaqáo tiver menos de 100 m c poucas conexões e acessórios, aumenta-se de 20% o comprimento real. - Se tiver muitas peças e menos de 100 m, aumenta-se de 40% o comprimento real. Estabelece-se em seguida a perda de pressão admissível conforme indicado no início do item 10.8.1.2. Calcula-se o diâmetro por uma das fórmulas vistas anteriormente. Tratando-se de uma linha de ar comprimido de importância, procuram-se na Tab. 10.9 os comprimentos equivalcntes das diversas peças, já agora com o diâmetro calculado. Soniarn-se esses comprimentos equivalentes ao comprimento real. Recalcula-se o diâmetro para verificar se há alguma disparidade apreciável em relação ao previamente escolhido. Adota-se o novo diâmetro, com "folga para mais", isto é, com o diâmetro comercial logo acima do que foi deteminado pelo cálculo. -

-

-

-

10.8.1.3 Perdas por vazamentos Eni instalações antigas e malconservadas. as perdas podem atingir 25 a 30% da capacidade total do compressor, o que representa um desperdício cnorme de energia. Numa instalação industrial. as perdas podem ser reduzidas a menos de 5% da capacidade total, desde que a instalação seja executada corretamente e a manutenção seja bem fcita. Grandes quantidades de ar escapam através de furos de diâmetros relativamente pequenos, conforme se constata observando-se a tabela abaixo.

Tabela 10.10 Perdas de ar por vazamento Escape de ar na pressão de 6 kgf/cm2(85 I b l p ~ l . ~ )

0 do furo mm

I

Varamento adniissír~el: Pequenas instalações Instalaqóes industriais Estaleiros, sidcnírgicas, usinas. pedreiras Forjarias. fundiq0es com moldagem pneumática

m3/min

001.

1

ués3/min

-

até 5% cerca dc 5%

-

até 10%,

-

até pouco acima de 10%

-

Potência necessária à compressão (perdida) cv I kw

E-rercício 21 Uma instalação industrial de ar comprimido. de médio portc, possui capacidade total de 30 in'imin, sob pressão de trabalho de 7 kgficm:. Através de medições verifica-se ser a perda tola1 de 35%. ou seja, 10,50 m'imin. A tubulac;áo distribuidora de ar foi inspecionada e reparada, e as mangueiras c engates defeituosos foram substituídos. Desta maneira, as perdas foram reduzidas para 8,4570,ou seja, 2,52 m?/min - unia redução de 7.98 d i m i n . Dentro de um regime de opera~ãode 3.600 horas por ano, a economia total de ar será de 1.723.600 m' de ar livre.

A compressão de 1 m' ( 3 5 3 péq3)de ar livre. da pressão atmosférica até a pressiío de 7 kgflcm', requer cerca de 0,09 kWh. A economia anual de energia é, portanto. de 155.1 24 kWh. após a reparação para reduzir as perda por vazamentos.

10.8.2 Local dos compressores 10.8.2.1 Reservatório de ar comprimido Coloca-se próximo à saída do compressor um reservatório de aço cilíndrico de eixo horizontal ou, de preferência, vertical (Fig. 10.25). para reduzir o espaço ocupado em planta. Este reservatório poderá ser colocado em posição mais afastada, se as circunstâncias o exigirem. Instala-se o reservatório se possível no irr livre, no erterior, para facilitar o resfriamento de ar comprimido antes que passe à tubulação de distribuição, e também por razões de segurança. O ideal é que o ar se resfrie até a temperatura ambiente. « que raramente se consegue perfeitamente. Se o ar se esfria suficientemente, a maior parte de sua umidade se condenia e pode ser retirada com purgadores. A presença de umidade no ar prejudica os equipamentos e tubulaçóes, principalmente os motores pneumáticos, as ferramentas portáieis e os instrumentos sobre os quais atua. A conveniência e inestno a necessidade do reservatório de ar decorrem da natureza da açáo que realiza. Assim, os reservatórios de ar: - Reduzem os efeitos de pulsação dos compressores alternativos, com o que melhora a regularização do trabalho dos mesmos. Isto se traduz por uma melhor conservação, menores gastos de manutenção e maior duração do cornpressor. Sem o reservatório, as pulsações violentas produziriam variações de velocidade do ar. dando lugar a perdas de carga por atrito e choques. - Sendo de capacidade adequada, atendem com rapidez 5s demandas extraordinárias de ar, que só ocorrem momentaneamente e que não podem ser atendidas direta e imediatamente pelos compressores. - Proporcionam ao ar comprimido a oportunidade de tranqüilizar-se suficientemente, de modo que o óleo e a água arrastados possam separar-se. - Esfriam o ar antes que passe às tubulações. Condensa-se neles grande parte da umidade contida no ar. Com isso se evita que vá uma quantidade apreciável de água aos equipamentos. conforme niencionamos antes. Se a capacidade do reservatório for insuficiente para que o ar se resfrie a 30°C, é necessário colocar resfriadores após o compressor e antes do reservatório: são os ufrrrcoo1er.s. - Dcvem ser instalados, sempre que possível, do lado externo dos prédios. conforme foi mencionado. Devem possuir válvula de segurança e tubo de purga. Entre o resfriador posterior do compressor e o reservatório deve haver um .separador de conderi'ado. -

Capacidade dos reservatórios de ar comprimido Existem recomendações práticas para dimensionamento de reservatórios de ar comprimido. Vejamos algumas. I." Ca.~o:Reservatório para quase unicamente tranqüilizar o ar fornecido de modo intermitente pelo compressor. O volume é dado por V

=

L'

=

v

m

Q

=

rii"1min de ar livi-e a5piradti

2." Caso: Instalaqões importantes C) - ni"1tiiira de ar livrc aspirado

3."Cusu: Para compressores rotativos =

' 2

\

Q

=

iri'/rnin de ai. livre aspir;idc

A Atlas Copco faz as seguintes recomendações: "Para compressores com pressão efetiva de trabalho até 9 bar e condições normais de consumo de ar, o volume do reservatório (m3)deverá ser cerca de seis vezes a capacidade do compressor expressa na mesma unidade de volunie (m3)por segundo. "Isto C válidci para operação sem-automática. i s t é, ~ quando o motor aciona continuamente o compressor e este c periodicamente aliviado (válvulas de aspiração mantidas abertas). "O diferencial de pressáo entre alívio e carga não deverá ser menor do que 0.4 kgf/cm2 (6 psi) para cada etapa do alívio. "Quando se emprega o sistema de regulagem por partida e parada automática do motor através de pressostato é necessArio um reservatório de maior volume. Um reservatório pequeno neste tipo de operação cria o risco de partidas com muita freqüência. Isto pode danificar não somente os contatos da chave elétrica do motor, mas também o próprio enrolamento do motor. "Partidas muito freqüentes também acarretam sobrecarga na rede alimentadora. Empregando-se sistema de controle por partida e parada automáticas, a capacidade do reservatório deve ser adotada de acordo com o consumo de ar e a capacidade do compressor, de tal modo que haja no máximo 10 partidas por hora, distribuídas regularmente a cada 6 minutos; -

neste caso, ainda, o diferencial de pressão deverá ser, se possível, maior, cerca de 1 kgf . cm-' (15 l b l p ~ l . ~Como ). valor aproximado, adota-se o tamanho do reservatório em unidade de volume, igual &capacidadedo compressor na mesmaunidade de volume, por minuto." O consumo initantâneo nunca deverá exceder a capacidade do compressor.

Ciclo de regulagem do compressor Vejamos como calcular o tempo do ciclo de regulagem do compressor, no caso de se seguir a recomendação d a Atlas Copco quanto a capacidade do reservatório. - Tipo de compressor: simples efeito, operação semi-automática com alívio nas válvulas. - A capacidade do compressor é Q (m3/min ou pés31min). - Pressão de alívio: 7.2 kgf/cm2, manoméuicas, isto é, 8,2 kgflcm2 absolutos. - Pressão de retorno à carga: 6,7 kgflcm' manoménicas ou 7,7 kgf/cm2 absolutos. Capacidade do reservatório:

(g)

(mJ ou em p6s3).

- Consumo de ar: 0,5 X Q (dlmin). - Duraçao do penodo de alívio: I, (s). - Duraç5o do período de carga: t2 (s).

Podemos escrever

.

(C) 8 . 2 ) I0

-

(c 10

x

7.7)

('

:

x

5) - (0.5 hO

x

x

.. L) I

c.!

=

6s

hO

Assim, o tempo total do ciclo de regulagem do compressor 6

Fig. 10.25 Reservatóno de ar compnmido, resfnador e sepaiaùur de condensado.

Se o consumo de ar passar a ser de (0,75 X Q ) m3/min, a duração do ciclo ser6 de 16 S. Este valor é o niesiiio que se obtém se o consumo for de 0,25 Q. Conseqüentemente, o consumo de ar correspondente à metade da capacidade do compressor acarretará o menor ciclo de regulagem. Quando se verifica grande consumo instantâneo de ar durante um curto pcnodo, seguido por consuino pequeno ou rnesmo nulo durante um longo período, pode-se empregar compressor de capacidade relativamente pequena, equipado com reservatório de grande volume. A funqão do compressor será carregar 0 reservatório, que irá atender a uma demanda grande de ar num intervalo de tempo muito pequeno. Neste caso, o diferencial de pressão entre alívio e carga deverá ser o maior possível. Eremplo: Instalação para sopragem de fuligem em caldeiras a vapor. O consumo de ar é alto durante 1 ou 2 minutos. seguido de um longo período sem nenhum consumo. Um diferencial de pressão de vários kgflcm2 C admitido durante a operação de sopragem. A capacidade do compressor escolhido deverá ser suficiente para permitir a recarga do reservatório no intervalo de tempo entre as operaçks de sopragem.

10.8.2.2 Resfriamento do ar O resfriamento é imprescindível para se conseguir que a compressão se aproxime o mais possível de uma evoluçáo isotérmica, que, para igualdade de volumes iniciais de ar, consome inenos potência que a adiabática. conforme já vimos. Também é necessário para evitar que se decomponha óleo da lubrificação, pois, quando o resfriamento não é adequado, o óleo pode produzir incmstações nos encanamentos ou cilindros e dar lugar a misturas explosivas. Nos compressores monofásicos, o resfriamento se faz com ar ou água, que, neste caso, circula nas camisas dos ciliiidros. Nos polifásicos, além desse tipo de resfriamento, se esfria o ar ao passar de uma fase para outra, efetuando-se esta operação num resfiador intermediário (intercooier), onde a temperatura baixa para o valor aproximadamente igual ao que havia no início da aspiração. Os resfriadores intermediários consistem em um sisteiiia de tubos colocados num cilindro. A água circula pelos tubos: e o ar, pelo espaço entre eles. O melhor resfriador é aquele que baixa a temperatura do ar comprimido à do ambiente, o que iiem serripre se consegue. A superfície de resfriamento deve ser, no mínimo, de 114 m' por m' de ar livre aspirado por minuto. Nos compressores monofásicos de capacidade relativamente grande, sobretudo coin pressão filial uni pouco alia, náo se consegue uma refrigeração perfeita, mesmo que se disponha de quantidade suficiente de água. pois a superfície rcfrigcrante, como fica limitada pelas dimensces dos cilindros, não pode ter um desempenho satisfatório. Por aí se compreende por que a compressEo monofásica deve ser reservada para pequenos volumes de aspiração. Se a compressão é polifásica, o ar descarregado na primeira fase, bem como nas sucessivas, sc foreiii iiiais de duas, passa por resfnadores a água, os quais, por serem independentes dos cilindros, podem ter a superfície iiecessária para que o ar comprimido se esfrie até a temperatura do ambiente. Nos compressores alternativos bifásicos resfriados a água. existe, portanto; um inter<.ouler,incorporado 'as vezes ao próprio equipamento do compressor, e um resfriador posterior final, ou afiercooler, que resfria o ar que sai do 2." esthgio do compressor, antes que o mesmo vá ao reservatório. A Fig. 10.26 mostraesquematicamente uma instalação típica de compressor de dois estágios comi irzteroooler e c~frercooler. vendo-se também o reservatório e o painel de comando do motor do compressor. Quantidade de água paru a refrigeru~üo Os fornecedores de compressores indicam em seus catálogos a demanda de água para obtenqão do resfriamento do ar comprimido e das camisas dos compressores. Podemos calcular a quantidade de água necessária de um modo simples, com certa folga e, quando não for neceisária muita precisão, pela fórmula empírica de Lagrange:

onde Q

=

descarga em litros por minuto e por m' de ar livre aspirado no mesmo tempo.

r = temperatura da água à entrada do compressor e do resfriador em "C. Exemplo: Se a temperatura de entrada da água for de 22°C. teremos para a descarga necessária de água para restiiamento: Q = (0.3 X 22)

+ 0,s = 7,l 1 de água por minuto por ni3de ar livre aspirado por minuto.

A água deve circular nas camisas, no inrercooler e no afrercooler em quantidade suficiente para que sua temperatura inicial não se eleve demasiado, pois quanto mais fria for a água. maior quantidade de calor irá absorver. Por isso. convém

Fig. 10.26 Esquema de uma instalação de compressor dúplex.

que entre com a menor temperatura possívei. Não se deve admitir uma elevação de temperatura da água superior a 10°, sempre que a de entrada não passa de 20". Se entrar em temperatura superior a 20"C, convém que a diferença seja ainda menor.

10.8.2.3 Resfnamento da água A água que resfriar o compressor e o ar comprimido deve ser, por sua vez, também resfriada. Esse resfriamento se realiza seja deixando-a por certo tempo num reservatório, seja empregando uma rorre de arrefecimenro.

Reservatório de resfriamento Deve ter pelo menos 1 m de profundidade e estar situado em local de ventilação livre. Deve ser dividido em scçõcs por anteparos com aberturas próximas ao fundo. Isto evita a mistura da água quente com a fria; a água niais fria do fundo deverá correr para o lado da saída. Em locais de clima temperado, a água de resfriamento pode sair de IO0a 15°C arima da tpmperatura arnbienre. Pode ser admitida uma troca de calor de 500 a 600 kcal/h por m2 de supetfície livre de água no reservatório. Assim, uma instalação compressora. da qual 100.000 kcallh sáo retirados pela água de resfriamento, necessita de uma superfície de cerca de 200 m'. A capacidade de resfriamento do tanque é melhorada se a água quente voltar a esta através de algum sistema de bomfamento ou aspersão. Torres de resfriamentu Já nos referimos a essas torres no Cap. 6, e viinos como selecioná-las

10.8.2.4 Separação da umidade contida no ar O ar atmosférico nunca está completamente seco. Sempre contém alguma umidade, e quando dizemos que está seco queremos dizer que é menos úmido que outro que se toma como referência. A umidade é a água contida no ar, no estado de vapor. Quando o ar contém a quantidade iiiáxinia possível de água sob formade vapor, diz-se que está saturado: a umidade é então de 100%. Quando náo está saturado, tem condições de admitir novas quantidades de vapor. O ponto em que se dá a saturaçãii de vapor d'água n
576

instalações Hidrárrlicas Prediais e Industriais

Fig. 10.27 Resfriador final de ar comprimido (afiercwler).

/

rumo DE ~

e

o u i ~ í a ~ i o

318.

EPARAOQR DE UMIDADE SARCO

SPV

AR COMPRIMIDO ---r

-V ~ L V U L An

ESFERA SARCO V D E

vdwurn a ESFERASARCO V D E

DE EIFERASARCO VDE

I 1 PM"\

rumo DE ¶ARCO F T A

- 150

EPUIL~BRIO-

1 111'

V ~ L V U L A DE ESFERA SARco V D E

-

FILTRO Y SAR& PURGADOR DE ¶ARCO FTA

AT

~ÓIA

- 551

Fig. 10.28 Separadores de condensados com purgadores (recomendação da Sarco S.A.).

Costuma-se fazer uma diferenciação entre poço de drenagem de condensado e separador de condensado. O primeiro nada mais é do que um receptáculo que pode ser um Tê, colocado num ponto baixo do encanamento (Fig. 2.29). Do fundo dessa peça sai um tubo de pequeno diâmetro até um purgador, que expele automaticamente a água logo que a mesma atinja certo nível. Em instalaçiks mais simples, em vez do purgador, tem-se um registro ou torneira que é usada quando se presume haver água a drenar. É desnecessário insistir sobre a vantagem do purgador, que opera independentemente da atuação de qualquer operador.

Flg. 10.29 Poço de coleta de condensado.

O separador de condensado ou de umidade é um dispositivo contendo uma ou mais placas defletoras que obrigam o ar a se desviar após entrar numa câmara onde sua velocidade se reduz em virtude das dimensões da seção de escoamento da mesma. As partículas de condensado não podem acompanhar o deslocamento do ar devido à inércia que sua massa maior possui em relação à das partículas de ar. Por esse motivo, ao chocar-se contra as placas, vão formando gotículas, que, por sua vez, se transformam em gotas maiores, que acabam escorrendo pelas placas defletoras até uma abertura que as encaminha a um tubo ligado a um purgador ou a um ponto de drenagem. Existem separadores de condensado do tipo horizontal (Fig. 10.30) e vertical (Fig. 10.311, sendo o vertical empregado para tubos de pequeno diâmetro 318" a I", enquanto os horizontais são usados para diâmetros de 1 112" para cima.

Fig. 1 0 3 Separador de umidade horizontal Saco SPH e purgador Sarco iT.

4-

SAIDA DO &R SEM UMIDADE

-

AR

OU PUROADOR

Flg. 1031Separador de umidade vertical Sarco SPV.

10.8.2.5 Instalaqão dos acessórios Façamos algumas observaçóes a respeito das linhas de ar condicionado e da instalação de purgadores, fillros e regula. dores de pressão.

578

-

Instnla$óes Hidráulicas Prrdiais e Industriais

A linha aberta, em geral, é mais conveniente que a linha em circuito fechado ou anel.

- A declividade

dalinha que visa permitir o escoamento da água de condensação deve ser no sentido do escoamento do ar. - Devem-se colocar elementos de drenagem (poços ou separadores e purgadores) nos pontos baixos (Fig. 10.32) e nos trechos extensos, afastados de 40 em 40 m, aproximadamente. - Devem-se colocar purgadores, além dos locais já mencionados: - no final de uma linha (Fig. 10.33); - antes de cada equipamento importante; - nos pontos de elevação da linha (Fig. 10.34). - A tomada de ar de uma linha para alimentar um ramal ou equipamento deve ser feita pela parte superior da linha alimentadora, para evitar o arraste de algum condensado para o ramal (Fig. 10.35). - Recomenda-se um purgador de bóia sempre que náo houver muito 61eo na linha. Caso a quantidade de 61w seja excessiva, devem-se usar purgadores termodinâmicos. A Fig. 10.36 mostra o corte de um purgador de bóia, cujo funcionamento é quase intuitivo. O condensado vindo do separador de umidade penetra na câmara B onde existe uma bóia C. que, por um sistema articulado, abre passagem para a saída F, quando se eleva a uma determinada altura. Assim, a água vai-se depositando em B e vai elevando a bóia C i medida que o nível sobe. Em dada posição, abre-se a passagem F e a bgua vai para um dreno. Paraevitar que, ao sair a água, a câmara se encha de ar comprimido, dificultando assim aentrada de nova quantidade de condensado, existe uma abertura G que, por um tubo de equilíbrio, se liga ao alimentador de ar.

1

M ~ N .120 rnrn

,

4

DRENO

Fig. 10.32 Drenagem de pontos baixos.

Flg. 10.34 Drenagem de ponto de Fig. 10.33 Drenagem de fim de linha.

elevaçáo da linha.

Fig. 10.35 Tomadas de ar em uma linha alimentadora.

Fig. 10.36 Purgador de bóia Saco FTA-550.

Filiros Os equipamentos, válvulas de pressão, devem ser protegidos contra partículas sólidas carregadas pelo ar comprimido. Essas partículas podem resultar da oxidação da tubulação e conexões, e mesmo de fragmentos de solda remanescentes da montagem das tubulações. Usam-sefiltros para reter essas partículas. Conforme a dimensão das partículas a serem retidas, as telas dos filtros podem ser de aço inoxidável, de bronze sinterizado, de fibras de borossilicato ou cerâmica. O próprio filtro funciona como um pequeno retentor de umidade, e deve ser purgado periodicamente, o que pode ser feito manual ou automaticamente com um purgador. A água fica num copo nos tipos de operação manual, o que permite o controle do volume acumulado.

Fig. 10.37 Filtro Sarco tipos AT 401 e RT 403

Fig. 1038 Filtro de ar comprimido Norgren Pneumática Industrial Ltda. Elemento filtrante: 50 micra (normal);copo de policarbonato (10; 5 kgf . cm-=a 50°C); copo de metal (17 kgf . cm-' a 80°C); orifícios 'h" a 2".

580

I~~st,~lnçõcs HirirL~rlicasPrediais e Industriais

Lubrificadores Certos equipamentos, notadamente as ferramentas portáteis, necessitam de uma lubrificação que reduza o atrito e proteja as peças contra a oxidação. A solução é misturar pequena quantidade de óleo ao ar antes de ele entrar na ferramenta. Essa mistura realiza-se nos lubrificadores de ar. Trata-se de um recipiente de vidro, no interior do qual é colocado o óleo lubrificante. Existe uma espécie de ejetor constituído de um venturi e uma tomada de sucção. O ar, ao passar no ejetor, produz a rarefação que possibilita ao óleo sob a forma de gotículas escoar para a linha misturando-se com o ar. A graduação do óleo para atender às necessidades é feita com uma válvula de agulha. Um lubrificador de boa qualidade deve fazer vaiar a quantidade de lubrificante conforme o ar comprimido, de modo a manter constante a relação óleo-ar, para que não ocorram deficiências ou desperdícios de lubrificante. Regulodores de pressão Pode ser necessário que equipamentos e ferramentas operem com pressão inferior à da rede. Para se reduzir a pressão ao nível desejado, emprega-se um regulador de pressão que permite uma regulagem exata e constante da pressão secundária durante flutuações da pressão do alimentador e mudanças na vazão do ar. A válvula de controle é comandada por um diafragma que a abre contra a carga de uma mola ajustável, quando uma pressão secundária decrescente atua sobre a base do diafragma. A Atlas Copco fabrica a Unidade de Tratamento de Ar sob as designações de FRD e MINI-FRD, compreendendo o filtro de ar FIL, o regulador de pressão REG e o lubrificador DIM, como mostram as Figs. 10.40 e 10.41. Conjuntos semelhantes são fabricados pela Norgren Pneumática Industrial Ltda. A Masoneilan Internacional Equipamentos de Controle Ltda. fabrica as válvulas 77-4, reguladoras de pressão, associadas aos filtros.

E@

i*.

Fig. 10.39 Lubrificador DIM da Atlas Copco

Fig. 10.40 Unidade FRD da Atlas Copco para tratamento de ar.

1 -RECIPIENTE

1 - MOLAS 2 - ANEL "O" 9 - GAXCTA 4 &MEL DE TIIV~ COM FECHO BLIONETA 1 MOLA DA V ~ L V U L L 5 ESCUDO CONTRA REIPINOOS I VXLVULA 6 - ELEMENTO F I L T R A N T E 6 LiYEL V E D A N T E 7 DIAFIIOI1 7 - CORPO ENTRADA I ENTRADA S $Ai01 9 SAiDi -

e-

COM D R E N O DISCO S E P A R A D O R

3 - R E G I S T R O PARL D R E N A G E M

-

.

-

-

-

FILTRO

--

FIL

REGULADOR DE PRESSHO R E G

i - B U J ~ OPARA c m o a DE LUBRIFICANTE 2 - PESCADOR COM V ~ L V U L I DE ESFERA I - V I S O R T R A N S P A R E N T E , DE POLICARBONATO DE ALTO-IMPACTO, COM EOTEJLOOR I N T E R N O 4 - V ~ L V U L A DE REGULASEM A U T O Y ~ T I C A 5 - R E C I P I E N T E DE L U B R I F I C A N T E . TRANSPARENTE. D E P O L I C I R B O N I T O DE ALTO. IMPACTO I - P A R I F U S O DE R E E U L A G E M 7 - CORPO 0.RUBINETE OE DRENLEEY 9 - ENTRADLi

LUBRIFICADOR

DIM

Fig. 10.41 Corte dos elementos da unidade FRD da Atlas Copco.

10.8.2.6 Admissão de ar no compressor Nos compressores de pequeno porte, a tomada de ar se realiza no próprio local onde se encontram, sendo necessário apenas abertura suficiente para entrada de ar no recinto. Nos compressores de porte mddio e grande, 6 previsto um tubo de aspiração independente para cada compressor, possibilitando a tomada de ar pelo lado externo da casa de compressores. Tanto num caso quanto no outro 6 indispensável que o ar, antes de penetrar no compressor, passe por um filtro, de modo a impedir que pattículas de p6 abrasivas tenham acesso à câmara de compressão do compressor. Nos de pequeno porte, o filtro localiza-se diretamente no compressor, e, no caso de se instalar o tubo de aspiração, o filtro pode ficar do lado externo ou interno do local de compressores. O ar deve ser admitido na temperatura mais baixa possível e. por isso. a tomada de ar deve ser realizada em local sombrio e com boa ventilação natural. A perda de carga no tubo de aspiraçáo de ar não deve ser superior a 25 mm de coluna de Agua. sem incluir a perda no filtro. O tubo de aspiração de ar está sujeito a vibrações devidas à pulsação do ar próprio do movimento alternativo do pistão do compressor. Com isso, pode ocorrer ruído e atd mesmo o fenômeno de ressonância, se houver a coincidência entre a frequência natural de vibração da tubulação e a frequência da onda de ar aspirada. Para reduzir o mído, impedindo que as ondas sonoras se propaguem a partir da boca de entrada do ar, adapta-se um silenciador, o qual é dimensionado para cada caso. (Fig. 10.42) O problema relacionado com aressonânciaé resolvido com subsídios da mecânica vibratória. Em última análise. a solução vai consistir em escolher um comprimento adequado para a tubulação e em usar, em certos casos. juntas flexíveis na mesma. A tomada-de ar deve ficar pelo menos 3 m acima do nível do terreno e, se possível, afastada a mesma distância de qualquer parede adjacente. A velocidade do ar no tubo de aspiração deve ser de: 5 a 6 nús para compressores de simples efeito e tubo de aspiraçáo com menos de 6 m; - 6 a 7 nús para os de duplo efeito. Para o dimensionamento do tubo de aspiração, pode-se usar o grafico da Fig. 10.43, da Atlas Copco.

-

Exemplo: Para uma descarga livre padrão de 10 m'lmin, velocidade de 5 mís e tubo com 4 m de comprimento, o diâmetro será de 210 mm. Se o tubo tivesse mais de 6 m e várias curvas, seria aconselhável aumentar o diâmetro em cerca de 50%.

582

instnlações Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 10.42 Tubo de aspiraçáo com silenciador tipo ventun (Sugestão Atlas Copco).

Filtro de ar Na linha de aspiração de ar do compressor, deve ser colocado um filtro que retenha poeira, impedindo seu acesso ao compressor. A Fig. 10.44 mostra um filtro seco capaz de reter partículas acima de cinco micra, de fabricação daDollinger Corporation. O filtro deve ser colocado o mais próximo possível do compressor e em posição que permita fácil inspeção, manutenção e limpeza. Os tipos mais comuns de filtros para compressores de ar são,além dos filtros secos: - Filtros de papel impregnado Usam-s? para compressores de pequena e media capacidade. Têm uma eficiência de 99% quando novos. Perda de carga em tomo de 25 a 35 mm de coluna d'água. - Filtros impregnados de óleo Contêm um recipiente com várias camadas de tela metálica umedecidas com óleo, a qual retém as partículas. Devem ser limpos após cada 50 ou 100 horas de uso. - Filtros defeltro O elemento filtrante é de feltro suportado por uma tela metálica. São fabricados para filtragem de cerca de 30 m3/miu. - Filtros de óleo O princípio de funcionamento é semelhante ao dos filtros de linha de ar comprimido.

Garrafas de puisação Quando a linha de recalque do compressor ao reservatório de ar for 50 vezes maior que o diâmetro de tubulação, ou quando a instalação prevê vários compressores trabalhando em paralelo, pode ocorrer o fenômeno de contrapressão na linha, com a pulsação do ar, o que pode ocasionar problemas de vibração das válvulas do compressor. Para evitar que isso aconteça, coloca-se entre o compressor e o reservatório uma garrafa depulsação.

10.8.3 Materiais empregados em instalações de ar comprimido 10.8.3.1 Tubos Recomenda-se o emprego de tubos de aço, Mannesmann, sem costura, pretos, Schedule 40(40S); especificaçâo ASTMA-53, apropriados para solda. Pressáo de ensaio de acordo com ASTM para Grade A-53. Diâmetros e espessuras de acordo com a ANSI-B-36.10.

Ar Compriniido

VELOCIDADE

n i / ~

Fig. 10.44 Filtro seco da Dollinger Corporation.

Fig. 10.43 Diagrama para deteminação do diâmetro do tubo de aspiração.

Peso te6rico

Diâmetros nominais Externo

Interno pol.

pol.

M

0,840 1,050 1,315 1,660 1,900 2,375 2,875 3,500 4,500 6,625 8,625 10.750 12.747

%

1

1% 1% 2 2M 3 4 6 8 ' 10 12

583

mm 21,3 26,7 33,4 42.2 48.3 60,3 73.0 88.9 114.3 168,3 219,l 273,O 323,s

Espessura da parede ímm) 2,77 2,87 3.38 3,56 3.68 3,91 5,16 5.49 6.02 7.1 1 8,18 9,27 9.52

com luvas

sem luvas

kgflm

kgílm

1.29 1,72 236 3,45 4,18 5.60 8.76 11.60 16.8 1 29.59 44.64

-

1,27 1.68 2.50 3.38 4.05 5.43 8.62 11.28 16.06 28.23 42.49 60.23 74.00

Pressão de ensaio 1blp0l.~ (psi) 700 700 700 1000 1.000 2.300 2.500 2.200 1.900 1.500 1.300 1.200 -

584


I." Caso: Tubulações de baixa pressão. isto é, até 7 kgflcm2. Até 4" de diâmetro: aço-carbono galvanizado com ligações rosqueadas (ASTM A-120) Até 2" de diâmetro ou maiores: aço-carbono (ASTM A-120 ou A-134). com sobreespesswa de 1,2 mm. Ligações de solda de topo.

2. " Caso: Tubulações de alta pressão, acima de 7 kgflcm2. Material: aço-carbono (ASTM A-53 ou API-5L) com sobreespessura de 1.2 mm de margem para corrosão. Ligações de tubos: até 2" solda de encaixe; acima de 2" solda de topo. Ligação de tubos e acessórios - Conexões deferro maleável com extremidades rosqueadas. Usam-se em sub-ramais e em ramais e linhas de diâmetro até 2". Obedecem à Norma ANSI-B-16-3. São fabricadas para classe de baixa pressão (150) e alta pressão (300). - Conexões de aço forjado com extremidades rosqueadas ou em soquete, para soldagem. São usadas as conexões de soquete para diâmetro até 2" e para pressões de trabalho elevadas. Obedecem às Normas ASTM-A-105 e A-181 para aço carbono. - Conexões de aço-carbono para soldagem de topo. Possuem a mesma espessura de parede do tubo ao qual serão soldadas. São as que mais se recomendam para instalaçks de ar comprimido. Obedecem à Nonna ASTM-A-234. Conexõesf2angeadas. Na realidade, trata-se de conexões para soldagem de topo, nas quais se soldam flanges. São recomendadas nas ligações na casa de compressores e onde mais houver necessidade de montagem e desmontagem de equipamentos e acessórios. Podem ser de aço-carbono forjado com face de ressalto, obedecendo à Norma ANSI-B- 16.5 nas classes de 150,300,400,600. Em lugar das flanges de aço-carbono das classes 150 e 300, podem-se usar flanges de ferro fundido das classes 125 e 250, que têm a mesma furação que as anteriores. Juntas dasflanges Para temperaturas até 60°C e pressões até 10kgf .~ m usam-se - ~ juntas de borracha natural. Emprega-se amianto grafitado para temperaturas e pressões superiores aos valores citados.

10.8.3.2 Válvulas Nas instalações de ar comprimido usam-se os seguintes tipos de válvulas: de esfera, para bloqueio, até o diâmetro de 2 ". A Fig. 10.45 mostra uma válvula de esfera de fabricação da Companhia Importadora e Exportadora Dox (Rio de Janeiro); - dc gaveta. para bloqueio, em diâmetros acima de 2".

-

Material das válvulas Para instalação de baixa pressão (ati 7 kgf . ~ m - ~ ) - Até 4" de diâmetro: corpo e parte interna em bronze. Extremidades rosqueadas. - De 3" de diâmetro ou maiores: corpo de ferro fundido, mecanismo interno de bronze. Extremidades com flanges de face plana.

Fig. 10.45 Vhlvula de esfera Dox Tamanhos de 318" a I %" 1. Corpo. 2. Esfera 3. Anéis de assentamento (Buna " N ou Teflon). 4. Haste. 5. Anéis de engaxetamento. 6. Cabeça. 7. Cabo. S. b e l a de pressão. 9. Porca de fixaçáo do cabo.

Ar Comprimido

:..I, L

e

3'

585

,

i

Fig. 10.46 VAlvula de gaveta de bmnze, rosqueada, haste fixa. Classe 125 (17 kgf .cm-?) (Niagara S.A.).

L h a Fig. 10.47 Válvula de gaveta de bmnze, rosqueada. haste ascendente. Classe 150 (42 kgf . cm-') (Niagara S.A.)

Para instalação de alta pressão (acima de 7 kgf . Até 2" de diâmetro: aço-carbono forjado. Extremidades para solda de encaixe. Mecanismo interno de aço inoxidável. - Acima de 2": aço-carbono fundido. Extremidades com flanges de face com ressalto. -

Válvula de globo e de agulha (Fig. 10.48) Usadas para regulagem da vazão de ar. Como provocam uma perda de carga muito grande, devem ser empregadas somente quando houver possibilidade de a linha suportar essa perda de pressão sem prejudicar a pressão de utilizaçào. Válvula de diafragma (Fig. 10.49) São excelentes para regulagem, provocam pequena perdade carga. Só devem ser usadas para ar não muito quente, a fim de não haver deterioração rápida do diafragma. Válvulas de reduçüo de pressão Existem duas classes: - de ação direta, graduação manual com parafuso sobre a mola e o diafragma. Na Fig. 10.50 vemos uma válvula deste tipo, de fabricação da Niagara S.A., e. ao lado, o quadro que permite a escolha do diâmetro da válvula em função das pressões de entrada e saídado ar, e da descarga livre de ar em m3/hora. Existe o tipo de diafragma e o de fole. A Sarco fabrica a válvula redutora BRV de açáo direta operada por um fole, em 112, 314 e 1"; - de atuaçüoporpistüo, com válvula piloto interna.

586

lnstalaçóes Hidráulicas Prediais e Induslriais

Fig. 10.48 Válvula de globo. disco tmcável ou fecho dnico de bmnze. classe 127 (7 kgf . cm-l).

Fig. 10.49 Válvula de diafragmade passagem reta tipo " R , da Civa Comércio e Indústria de Válvulas S.A

L-L

+

Fig. 10.50 Válvula automática de redução de pressáo. Modelo 152, ação direta, da Niagara S.A. Indústria e Com6rcio.

Válvulas de seguranfa Permitem a saída do ar quando a pressão atinge valor prefixado. A Fig. 10.51 mostra a válvula de segurança Sarco modelo SV- I I .

Tabela 10.9a Quadro para escolha de válvula modelo 152 da Niagara S.A. Ar livre 16°C -m3por hora Pressão Ibffpoll Entrada

Saída

ih"

30

5 - 10 20 5 - 20 30 40 10-25 40 10 - 30 45 60 10-50 65 80 10-60 80 90 15-60 90

35 29 48 44 36 56 49 63 59 49 85 82 65 104 97 80 122 112

50 60 75 100 125 150

%"

1"

78 66 110 100 80 125 114 140 135 112 195 185 150 240 220 180 280 255

130 118 195 186 142 220 204 255 245 205 355 348 260 425 390 330 500 450

1 %" 205 I86 330 290 220 355 315 410 390 320 540 525 430 660 600 530 800 720

1 'h"

Y

2 %"

3"

280 255 440 416 320 510 460 590 560 460 780 760 650 970 895 810 1.150 1.050

600 460 800 730 580

760 640 1.140 1.040 820 1.280 1.140 1.600 1.400 1.200 2.000 1.900 1.520 2.460 2.260 1.800 2.950 2.650

1.050 880 1.600 1.460 1.140 1.764 1.600 2.200 1.Y 50 1.660 2.800 2.640 2.130 3.450 3.200 2.460 4.000

900 800 1.020 970 820 1.360 1.330 1.230 1.700 1.600 1.400 2.000 I .R80

3.600

I

Tabela 10.10 Capacidade de descarga de ar comprimido com 10% de acumulaqão dm3/s

I

Pressão de regulagem Ikizf/cmZ)

'h"

%"

1"

1 h''

1 %"

2"

2 ,h"

3"

4"

I

A Fig. 10.52 mostra uma instalação de ar comprimido de pequeno porte, com os elementos constitutivos mencionados nas páginas anteriores. A Fig. 10.53 indica uma instalação típica de ramal do ar comprimido para acionamcnto de uma ferramenta pneumática portátil.

10.9 SECAGEM TOTAL DE AR COMPRIMIDO Existem utilizações do ar comprimido, nas quais este deve ser fornecido inteiramente desumidificado. É o caso de instrumentos de medição acionados por ar comprimido; indústria farmacêutica; certas ferrameritas portáteis de precisão; determinados processos em indústrias petroquímieas, metalúrgicas e de transfomac;áo. Basicamente, a desumidificação do ar comprimido se realiza fazendo-o passar por um reservatório de pressáo contendo substância quimica higroscópica e por filtros complementares. A substância desidratante mais empregada é a síiica-gel (Si . 0,). A instalação pode-se apresentar sob uma das formas seguintes: a) Instaluçüo puru pequena vazão de a r e operação intermitenle.

588


Fig. 10.51 Válvula de segurança Sarco Mod. SV. 11.

TRO C O R R E I I S O R FLEXIVEL

1

-

3 z

4

AMORTECE DO^ JUNTA

DE

PULSAC~ES

“ 7

ELASTICA

-

AFTERCOOLER

-

PURGADOR

I 6

COMPRESSOR

SEPARADOR

DE

UMIDADE

DO 3 E P A I A D O R

- PURGADOR 0 0 RESERVATÓRIO - RESERVATORIO 9 - POÇO DE C O L E T A DE 1 0 - BOMBA OE P/ TORRE DE R E S F R I A M E N T O 11 - V A L V U L I DE SCGURANCA 12 - A M O R T E C E D O R DE BORRACMA 7

8

~ O U A

AGUA

( S E HOUVERI

Fig. 10.52 Eyurma típico de instalação de ar comprimido de pequeno porte.

FERRAMENTA PMLUIUTICI

Fig. 10.53 Instalação de ferramenta pneumática.

AR COMPRIMIDO

I

6 1

V+

FILTRO INICIAL

4

FILTRO FINAL

AR SECO

Fig. 10.54 Esquema de instalação de desumidificador Fimepo -DMP 369 da AMF do Brasil

Possui apenas uma coluna com desidratante, o qual tem seu poder de ads6qão recuperado mediante a elevação de temperatura por meio de um aquecedor elétrico. Nessa fase, o desumidificador sai do serviço. b) Instalaçãopara médias e grandes vazóes e operafáo contínua. Enquanto funciona uma coluna, a outra está tendo seu desidratante recuperado, revezando-se as colunas a intervalos regulares. Nesse sistema, a recuperação realiza-se usando 15 a 20% do próprio ar seco de saída de uma das colunas a fim de remover a umidade absorvida na síiica-gel da outra. Esse ar 6 expelido para o exterior. O esquema da Fig. 10.54 mostra como é constituído o desumidificador Fimepo DMP-369, fabricado pela AMF do Brasil S.A. -Máquinas Automáticas. Existe um filtro inicial @ para retenção de partículas até 5 micra. O ar passa depois para um filtro de carvão ativado @ que retém algum 61eo contido no ar. Em seguida o ar passa pelo desumidificador contendo Finalmente passa por um último filtro e vai para a Linha de utilização. O esquema indica que uma coluna de silica-gel 0. parte do ar de uma das colunas, passando por um aquecedor, regenera a outra coluna. eliminando o ar úmido. A operação é realizada alternando-se as colunas. A ENIPLAN Indústria e Planejamento Ltda. fabrica desumidificadores e purificadores de ar e gases comprimidos que conseguem ar com teor de apenas 0,01 giNm3de água.

SVLER. Luis Jordana. Aire comprimido. Editorial Dossat, S.A. Madrid, 1957. DEPPERT, W. e STOLL. K. Aplicurion~sde ia neumáticu. Marcombo Boixaréu Editores, Barcelona. 1977. . e-. Dispositivos ~reurnáfi~-os. Marcombo Boixaréu Editores, Barcelona, 1974. SILVA, Renii Beneditu. Compressores, bombas devácuo, ar comprimido. Dept." Eng. Mec. EPUSP, 1968. LEFEVKE, Jean. L'air comprimé. TOMOS I e 11. Editions J.B. Baillihre, Paris, 1973. YAPLE. Franklin D. fiydraulic and pneumatir power and rontrol. McGraw-Hill Book Co. 1966. COSTA, Ennio Cmz da. Compressores. Editora Edgard Blucher Ltda., 1978. FMA POKORNY. Manuul 11e ias técnicas de1 aire comprimido. Editorial Blume, Madrid, 1969. INGERSOLL-RANU. New Compressed Air and Gas Data. New York, 1969. ATLAS CVPCO. Manual de instalação de comprecsores, 1972. -. Manual do ar cnmprimida. E&it. McGraw-Hill do Brasil Ltda., 1976. Instituto Brasileiro de Petróleo - IBP - Curso de informação sobre ar comprimido. - Luiz Pedro Biazoto e Norivaldo Cuevas. 1975. Hidráulica & Pneumárica (Kevista). 1978, 1979, 1980. C di I Controle e Insrrumentação (Revista). 1978. 1979, 19RO. Ar comprimido (Revista publicada pela Atlas Copco). 1978, 1979, 1980. Munu~ld~ I'air romprimé. L'Insiitut de I'air et des g u compnmés des Etats-Unis. Editions Eyrolles. Paris, 1957. Pneidmotic hundbook. F'rinciples of Pneumatics - Pneumatic Technical Data. 5 th edition, Trade and Technical Press Ltd.. London. Manual Sarcopara la elección e insralación depurgadores. Ind. y Com. SARCO Sul-Americano Ltda. CatBlogos Ishikawajim do Brasil - Estaleiros S.A. - ISHIBRAS C o m p r e s s o r e s . Fábrica Nacional de Compressores S.A. Compressores FNC - São Paulo. Ascuval Indústria e Comércio Ltda. - Válvulas. Atlas Copco S.A. Compressores. Ermrto - Equipamentos Industriais -Válvulas, conexões, tubos. São Paulo. Barionkar S/A Industrial de Máquinas. São Paulo. Compunhia Imporiorlura & Industrial DOX - Válvulas. manômems. Rio de Janeiro. Gardner-Denver do Brasil S.A. Rio de Janeiro. Gesrra Latino-Americana - Válvulas. filtros, purgadores. lubrificadores. secadores, coletores. São Paulo. FE.Si0 MJyutn<~c i, Equ~pumrntr,~ Pn<,umatr~o> Sáu Paulu f IC:4 C,tm<:rr.i,,e Indu.~rrr~r dt, \'nirole>Lrda In\uumeniaç9o e Conuoles. São Paulo. Toledo-Belloh.~Eaui~amuntosPnrumarr~.osS A. São Pdulo. ffirachi-Line, Ind. e Comércio. Compressores. Hitter - Válvulas, controles de vazão -Acessórios. Sulípr do Brasil S.A. - Compressores de ar e de gases frigoríficos. Rio de Janeiro. HOOS Máquinas morores S.A. -Compressores. São Paulo. HAUPTSão Paulo S.A. -Bombas de vácuo. São Paulo. Broomwade -Compressores fabricados por Barionkar SIA Industrial de Máquinas. São Paulo. SCHR4DER-BELLOWS. Válvulas Schrader do Brasil S.A. -Válvulas, filtros, reguladores, lubrificadorei etc Herionrec Automorizap7o Indusrrial Ltda. - Válvulas, lógica pneumática, instalaiões. Wehner Hietschle -Compressores de palhetas. 7860 Schopfheim. Westem Germany. TEWMA, Indústria e Comércio. Arzuim S.A. Compressores Holman Rotair Eniplun ~ndústria-ePlanejamento Ltda. -Desumidificadores e purificadores de ar e gases comprimidos Gatx Fuller Lnd. e Com. Ltda. -Compressores e bombas de vácuo rotativas Fuller.

..

Instalação de Gás Combustível

11.1 GENERALIDADES Nesta dcsignação, acham-se compreendidas as instalações que se destinam a distribuir o gás no interior dos prkdios, para fins de aquecimento e para consumo em fogões, aquecedores de água e equipamentos industriais. Atualmente, o gás combustível é fornecido ao usuário nas seguintes formas: a) Gás de rua ou gás encanado. É o gás obtido em operação de craquearnento catalítico da nafta, um subproduto do petróleo que destila entre 100 e 250°C. Trata-se do gás distribuído pela CEG, Companhia Estadual de Gás, no Estado do Rio de Janeiro. O gás de ma pode ser proveniente de poços petrolíferos, denominando-se, entáo, gás natural encanado. No Rio de Janeiro, está seiido utilizado o gás dos poços localizados na região de Campos, tendo sido constmído um gasoduto capaz de conduzir mais de 2 milhões de metros cúbicos de gás por dia. Existe uma perspectiva favorável ao uso de gás de poços em várias regiões do pais, com a utilização de gás dos poços de Candeias, Jumá, Caruaru, Ubaranã, Agulha e outras. A instalação de gás de rua, sem dúvida. é extremamente cômoda para os usuários, que têm assegurado um fornecimento regular, sem a preocupação de evitar que. por imprevisão, venha a faltar o combustível. b) Gás liquefeito de prtrúleo - GLP; gás engarrafado. Trata-se de uma mistura dos gases propano e butano, de alto poder calorífico, que é fornecido liquefeito ao consumidor, em embalagens adequadas, como botijóes (bujões), garrafões e cilindros e, em certos casos, em tanques especiais. Várias são as empresas que distribuem o GLP em todo o temtório nacional, sendo generalizado seu consumo. Uma redução muito grande na devastacão de florestas para uso da madeira como lenha ou para a produção de carvão vegetal deve-se inegavelmente à penetração da rede distribuidora do gás engarrado nas mais remotas localidades do país. Presumindo-se que este livro possa ser utilizado em várias regióes do Brasil, nas quais não existe ainda o gás canalizado, pareceu ser útil tomar apenas como base o Regulamento para as Instalações Prediais de Gás (de ma) no Estado do Rio de Janeiro, que, neste estado, deve ser cumprido à risca, adaptando-o naquilo que for aplicável, e possível, às instalações de gás liquefeito de petróleo. As particularidades relativas à instalação do GLP serão, entretanto, vistas no Cap. 12. O mencionado regulamento possui tabelas que permitem dimensionar as canalizaçóes internas, não apenas para o gás encanado de nafta, cuja potência calorifica é de cerca de 5.000 kcalkgf, mas também para o gás de poços petrolíferos (gás natural), para o qual o valor correspondente é da ordem de 9.250 kcal/m3. As recomendações aplicam-se indiferentemente a um ou outro desses tipos de gás. As instalações obedecem às indicações e exigências normativas próprias da CEG do Rio de Janeiro. O projetista e o instalador que elaboram projetos, ou executam instalaçóes de gás de rua no Rio de Janeiro, devem ser inscritos na CEG, onde recebem o regulamento, que é um verdadeiro manual para elaboração de projetos na área deste estado. Portanto, é dispensável a apresentação ipsis litteris do regulamento, inclusive com todos os desenhos que o ilustram. Foi adotado neste capítulo o partido de transcrever os itens que tornam possível um conhecimento básico do assunto, acompanhados de comentários e figuras para melhor esclarecimento. Existem certas particularidades do regulamento para as Instalações de Gás do Estado do Rio de Janeiro que devem ser conhecidas pelo projetista de instalações neste estado. Vejamos algumas importantes: - Compete à CEG aprovar os projetos, fiscalizar as instalações por amostragem e conceder os certificados de lihera$cio para fins de habite-se para todos os prédios localizados no município do Rio de Janeiro e em outros que venham a ser por ela abastecidos. Nos demais municípios do Estado do Rio de Janeiro competem às Prefeituras a aprovação e a aceitação das instalações. cabendo a CEG a supervisão. sempre que julgar necessário. -

592

Instalucócs Hidráulicas Prediais e Industriais

Todo projeto de edificações deve prever local próprio para instalação de um medidor de gás canalizado, por economia, mesmo que no municipio ou bairro não exista rede de gás na rua e se vá utilizar GLP. - Todo projeto de edificação familiar deve prever, para cada economia, pelo menos: - um ponto de gás para fogão; - um ponto de gás para aquecedor de água dos chuveiros; - um ponto de gás na área de servi~o ou, na inexistência desta, na cozinha. -

11.2 TERMINOLOGIA Mencionaremos algumas das definições contidas no Regulamento da CEG do Estado do Rio de Janeiro, aprovado pelo Decreto n." 10.892 de 22 de dezembro de 1987. Aparelhos de utilização. São aparelhos destinados à utilização do gás combustível. Aparelhos de utilizafão multigás. São aparelhos de utilização que podem operar com vários tipos de gás, mediante simples troca de injetares. Bainha. Tubulação destinada a envolver canalizaçóes quando essas atravessam estruturas de concreto, quando se situam sob pisos com acabamento especial, quando há necessidade de prever uma passagem futura para tubulação de gás ou quando a boa técnica recomendar. Cabine. Compartimento do prédio destinado exclusivamente às caixas de proteção de medidores de gás. Caixa de proteçáo. Construção destinada exclusivamente ao abrigo de um ou mais medidores de gás. Capacidade nominal do aparelho de utilização. É a quantidade de calor (capaz de ser fornecida pelo gás) consumida na unidade de tempo, para a qual o aparelho é ~0nstniídOe ajustado. Chaminé. Dispositivo que melhora a eficiência da combustão nos aparelhos de utilização e assegura o escoamento dos gases da combustão pafa o exterior. Chaminé coletiva. E o duto destinado a conduzir para o exterior os gases provenientes dos aquecedores a gás, através das respectivas chaminés individuais. Chaminé individual. É o duto destinado a conduzir para o exterior, para prisma de ventilação ou para chaminés coletivas os gases provenientes de um aparelho de utilização. Chaminéprimária. Parte da chaminé compreendida entre o aparelho de utilização e o defletor. Chaminé secundária. É a parte da chaminé compreendida entre o defletor e o terminal. Coletor. Peça que, colocada no ponto mais baixo da canalização, se destina a receber e permitir a retirada de produtos líquidos condensados do gás. Consumidor. Pessoa física ou jurídica responsável pelo consumo de gás. Dej7etor. Parte da chaminé provida de dispositivo destinado a evitar que a combustáo no aparelho de utilização sofra efeitos de condições adversas, tais como ventos que sopram para o interior da chaminé e existência de elevada pressão estática em volta do terminal, obstrução parcial da chaminé ou outros fatores que possam prejudicar a combustão do gás. Gambiarra. Conjunto de derivações, partindo de um ramal ou ramificação primária, para abastecer um gmpo de medidores. Instalação i n t e m . Trecho da instalação situada no interior da propriedade. Instalaçâo prediaI de gás. Conjunto de canalizações. medidores, registros, coletores. aparelhos de utilização com os necessários complementos, a partir da rede geral, destinados à condução e ao uso do gás combustível. Local dos medidores. Lugar destinado à construção das cabines ou caixas de proteçáo. Medidas ao alto. Denominação usual das cotas das canalizações existentes no interior das caixas de proteção dos medidores, em relação às paredes dessas caixas. Medidor individual. Aparelho destinado à medição de consumo total de gás de uma economia. Medidor coletivo. Aparelho destinado i medição do consumo total de gás de um conjunto de economias. Número de Wobbe. Relação entre o poder calorífico superior do gás, expresso em kcaVm3,e a raiz quadrada da sua densidade em relação ao ar. Ponto de gás. Extremidade da canalização de gás destinada a receber um aparelho de utilização. Ponto inicial das ramificaçríes. Extremidadeis) inicial(ais) das ramificações deixada(s) aparente(s) no pavimento térreo, no local dos medidores gerais ou individuais, destinadais), nas ruas onde ainda não houver rede geral, a ligação futura de medidores de gás e à(s) interligação(ões) com as instalações individuais ou centralizadas de GLP. Assim, no Estado do Rio, onde não houver rede geral, executa-se a instalação para funcionar com GLP. mas projetada e executada para no futuro poder ser ligada à rede pública de gás quando for construída e para poder receber o(s) medidor(es). Em outros estados, essa previsão de futura ligação não é exigida. Ramal. T e m o genérico para designar uma canalização que, partindo da rede geral, conduz o gás até o medidor ou local do medidor. Ramal externo. Trecho do ramal desde o ponto de sua inserção na rede geral até o limite da propriedade. Ramal geral. Canalização derivada da rede geral e destinada ao abastecimento de um conjunto de economias. Ramal individual. Canalização derivada da rede ou do ramal geral, d e d e o logradouro público até o medidor, destinada ao abastecimento de uma economia. Ramal interno. Trecho do ramal compreendido entre o limite da propriedade e o medidor ou local de sua instalação.

Instalacão de Gás Combustível

593

Fig. 11.1 Esquema de definiçòes dos componentes da instalação. 1. Rede geral sob a calçada ou pisa de rolamentos. 2. Registro de segurançaem logradoumpúblico. 3. Limite depropriedade.4.Fachada do prédio. 5.Cabinede medidores individuais. &Caixa de medidor coletivo. 7. Gambiarra.

Ramificação primária. Trecho da instalação compreendido entre o medidor coletivo (ou local do medidor coletivo) e o medidor individual (ou local do medidor individual). Ramificação secundária. Trecho da instalação compreendido entre o medidor individual (ou local do medidor individual) e os aparelhos de utilização. Rede geral. Canalizaçáo existente nos logradouros públicos, da qual derivam os ramais. Teminnl. Peça a ser colocada na extremidade externa da chaminé, destinada a impedir a entrada de igua da chuva e a reduzir os efeitos dos ventos na saída da chaminé. A Fig. 11.1 representa o esquema de uma instalação de gás em um edifício, apresentada de modo a se poderem observar vários dos componentes que acabam de ser definidos.

11.3 RAMAIS No Estado do Rio de Janeiro, a execução do ramal compete à CEG ou às firmas ou empresas por ela credenciadas. cabendo aos interessados o pagamento das despesas previstas no orçamento relativo ao ramal interno. Após a aprovação do projeto de instalação na CEG, o interessado poder6 solicitar h mesma a elaboração do orçamento para a execução do ramal, desde que: a) o pavimento onde se localizarão os medidores esteja com a estmtura concluída; b) o local dos medidores e a faixa de passagem para o ramal se encontrem perfeitamente delineados e desimpedidos. Recomendações quanto a o ramal O ramal interno não pode passar em locais que não ofereçam segurança, tais como: a) tubos de lixo, dutos de ar condicionado e outros; b) interior de reservatório d'água, de caixas e coletores de esgotos pluviais, de esgotos sanitários e de incineradores de lixo: C) compartimentos de aparelhagem eléuica: d) poços de elevadores; e) subsolos ou poróes com pé-direito inferior a 1.20 m; f) compartimentos destinados a dormitórios; g) compartimentos não ventilados; h) qualquer vazio formado pela estrutura ou alvenaria, a menos que amplamente ventilado. Também não é permitida a instalação do ramal interno embutido em parecles.

594

Instalaçãcs Hidráulicas Prediais e Industriais

11.4 LOCALIZAÇÁO DE MEDIDORES É obrigatória para cada economia a previsão do local do medidor individual. As caixas de proteção ou cabines dos medidores individuais poderão ser colocadas no pavimento térreo, em áreas de servidão comum dos andares ou no interior das respectivas economias. Somente em casos excepcionais, a critério da CEG, será permitida a localizaç80 de medidores em subsolo e rampas de garagem, desde que sejam asseguradas a iluminação e a ventilação. - Quando os medidores individuais forem colocados nos andares ou no interior das economias, deverá ser previsto um local para medidores gerais no pavimento térreo. Quando o edifício estiver habitado, a CEG poderá emitir uma conta única para o consumo de todo o prédio, ficando o rateio do consumo total por conta do condomínio ou dos propriewos.

,

COTAR

I

VISTA

A-B

L A J E ARMUiDA CANALETA 40 i40

0 0 s : mais

o~ 33 m E D i 0 D R r s . A C A N A L E r A srnd ,50 x 5 0

Fig. 11.2 Localizaçâo de medidores sobre lajes de piso com pavimento ou vão inferior.

COZINHA

ou

W1

LYEDIDOR INDIVIDUAL E REGISTRO

Fig. 11.3 Localização de medidor em cozinha ou área de serviço, com porta para a circulaçáo.

Inslalação de Gds Combuslível

eis

595

1

\

diterenp de protuwiaodn entre o rede gero1 de gás e o piso da caixa mais baixa deverá A

minimo, a* 0,som.

Fig. 11.4 Localização de medidores em subsolos (depende de consulta).

- Qualquer que seja a fonna de localização de medidores, deverá haver sempre registros especiais colocados em áreas de servidão comum que permitam fazer o cone de gás de cada economia individualmente. - Junto A entrada de cada medidor deverá ser instalado um registro de segurança. - Os medidores serão abrigados em caixa de proteção ou cabines suficientemente ventiladas, em local devidamente iluminado, devendo ser obedecidos os desenhos que constam do regulamento, alguns dos quais se acham reproduzidos neste capítulo. - As caixas de proteção ou cabines devem ser ventiladas atravks de aberturas para arejamento. O total da área das aberturas, em plano vertical, para ventilação das caixas ou cabines deverá ser no mínimo 1/10 da área da planta baixa do compartimento. - Nãoé permitida acolocação de hidrametro, nem de dispositivo capaz de produzir centelha, no interior das caixas de proteção ou das cabines. O piso das caixas de proteção ou das cabines deverá ser sempre cimentado, devendo o mesmo ser assentado somente após a instalação das ramificações. - Nas caixas de proteção ou cabines não é permitida a colocação de qualquer outro aparelho, equipamento ou dispositivo elétrico, além do necesdrio A iluminação, que deve ser à prova de explosão. - No caso de as caixas de proteçáo abrirem diretamente para o logradouro público, é obrigatório o emprego de porta metálica com fechadura e visor para leitura (Fig. 11.8). O regulamento apresenta diversos desenhos de localização de medidores e de caixas de proteção.

-

AQUECEDOR

~0660

MEDIWR

1

MEDIDOR INDIVIDUAL PQI CONTA DO INTERESSAW

I

I 1

MEDIWRES EM PARALELO DA C O N C E ~ ~ I D N ~ R I A

RAMAL DA CIA.

c o ~ c ~ s s i ~

Fig. 11.6 Caixa de proteção. Para um medidor individual com detalhes das medidas ao alto para ligação. Descarga máxima: 8W kcallmiin (W = 5.7Wkcallml)

Fig. 11.5 Medidores em paralelo e medidores individuais nos pavimentos.

lnstnln~üode Gás Combuslíuel

597

CORTE

PLANTA Fig. 11.7 Localização de medidores (caso especial) - Ramal geral sobre lajes de piso com pavimento ou vão inferior.

MEDIDOR

L o R m METILICI COM F E C H P ~ O ~ R A E V I S D R PARA L E I T U R A

I

I

Fig. 11.8 Modalidades de localização de medidor

598

Instalações Hidráulicas Prediais r Indusfriais

CORTE

PLANTA

Fig. 11.9 Localização de medidores (caso especial) -Caixa de proteFáo sobre hidrametro

Instalaç~iode Gás Combustível

- m a s em mm. - A s C O ~ * * & ~ Spara ligqao de eada medidor devem l e r os eixos hanzonba peitaitsrnsnle coineidenteo.

-Os ~ a l o m smdlcBd08 para ao dimanraas a.b.c.d.s.f,g, 880 os minimor aceitAvss. - O "dor indicado p i a a dimensao B tixo. -0s dsnior p d s m ser leitos por encurvamnto das N ~ O S - Oevsrd ser prevista uma venIllagB0 pmsnente alnvds de dum vemcal adiacante bs cairss de pmle@o

Fig. 11.9~Caixas de proieyo nos andares.

599

600

Instaiações Hidrdulicas Prediais e Industriais

-COIBI em mm. - A s canióes para iigq9o de cads mediar devem ter o.eixos honron#aiano m a m o piano. -avaiores indicams para as dimensbes a.b,c.d,a,t~.&o os minima. aceitbwir

- O v W r indicado para a dimsnso &fixa. - desvios podem ser leitos por aocurva-to

dos wbas.

- Dever6 r e i p r w m uma v e n t i i a ~ opemsnente alrav6s de dulo mtcal adycam As caixas de prole@. Fig. 11.9b Caixas de proteção nos andares.


601

Fig. 11.10 Caixa de pmteqão -Annsrio com caixas de proteçáo para Nmedidons individuais com detalhes das medidas ao alto Descarga máxima: 500 kcai/min (W= 5.700 kcai/m3) 1.050 kcaUmin (W= 10.aM kcai/m3)

602


CORTE -

V I STA C0.1,

L" Cn.l",?T"OI

Fig. 11.11 Caixa de proteçáo. A m & o com caixas de proteçáo para Nmedidores individuais com detalhes das medidas ao alio para ligação. Descarga máxima: 500 kcavmin (W = 5.700 kcai/m3) 1.050 kcai/min (W = 10.000 kcaUm3)

Tabela 11.1 Consumos ou capacidades nominais dos aparelhos de utilizaqáo a serem adotados no dimensionamento das ramificações, quando não houver indicação do fabricante nem dados levantados pela CEG Aparelho

I

AQUECEDOR DEÁGUA

Queimadores

I

Simples

Modelos Residenciais

1

200 kcallmin

Modelos Comerciais

I

-

FOGÃO

Simples Duplas



FORNO DE FOGÃO

Simples Duplas



FORNO DE PAREDE

Duplos

80 kcallmin

-

BANHO-MARIA

Simples Duplos

-


CHAPA

Simples Duplos

-


I

Instalação de Gás Combustiuel

Tabela 11.2 Potência adotada no dimensionamento em Kcallmin

NOTAS: a) Pc = Pottncia computada; Pa = Poténcia adotada b) Insmcões oara utilizacáa da Tab. 11.2. Dctzrmin~ra p a m c r n ahaç'c:idos por ;add tr<',lia Jd tubula~du C o m r potênciacomputada existente na tabela. igual ou imediatamente superior h que foi determinaar no item anterior, determinar a potência a ser adotada no dimensionamento dos trechos de tubulqões. Se a potência adotada for maior que a potencia computada. usar esta última: - E tamMm permitida a interpelação. c1 Esta tabela não deverá ser aplicada nos reguintcr casos: hotéis. hospitais. quanéis. restaurantes s nu\ casos em que exista a possibilidade de uso iimultãneo dos aparelhos.

. .

~

~

603

604

Inçtala~õesHidráiilicas Prediais e industriais

11.5 INSTRUÇÃO TÉCNICA N." IT-1 DA CEG CAPACIDADES NOMINAIS DOS APARELHOS DE UTILIZAÇÃO OU CONSUMOS A SEREM EMPREGADOS NOS DIMENSIONAMENTOS O consumo de cada aparelho de utilização, a ser empregado nos cálculos, deve, em princípio, ser o fornecido pelo seu fabricante, podendo, entretanto, a CEG. quando julgar necessário, adotar dados levantados experimentalmente em seu laboratório. - Caso não haja indicação, pelo fabricante, do consumo de um determinado modelo de aparelho de utilização, e caso tal dado ainda não haja sido levantado pela CEG, serão adotados, no mínimo, os valores indicados na Tab. 11.1. - Cada trecho de tubulação será dimensionado utilizando-se a soma dos consumos dos aparelhos por ele servidos, denc~minadaPotzncia Computada (PC) com a qual se obtém, na Tab. 1 1.2, a Potência Adotada (PA) no dimensionamento, observando-se ainda as instruçües a seguir: a) Os trechos de tubulação que alimentam todos os aparelhos do mesmo dornicíiio não poderão ser dimensionados para um consumo inferior a 300 kcaUmin. b) Nos prédios comerciais ou residenciais-comerciais, serão adotados os seguintes consumos mínimos para cada economia comercial: 50 kcaUmin - no caso de uma única tubulação servindo a todas as economias comerciais de uma ou duas colunas e com trechos horizontais, para cada economia, inferiores 2 metros. 150 kcaUmin - nos demais casos, com exceção do disposto a seguir. 300 kcaUmin - para lojas localizadas em pavimento tCrreo no interior de galerias e sobreloja. -

11.6 COMPRIMENTOS, TABELAS, REGRAS E MODELOS DE FOLHAS DE CÁLCULOSA SEREM EMPREGADOS NO DIMENSIONAMENTO 11.6.1. - A distância desde o medidor até o ponto mais afastado do medidor C expressa em metros, sendo a aproximação feita para mais. 11.6.2. - Quando, numa ramificação, o dimensionamento de um trecho a montante tenha uma bitola menor que a de um trecho a jusante, a bitola do trecho na montagem deve ser igualada h do trecho a jusante.

1 1

Tabela 11.3a Dimensionamento d a s p m n a d i ~ascendentes constmidir com tubos d e aqo Schedulle-40 número d e Wobbe d o gás (kcallm') W = 5.700 Potência adotada (kcallmin.) Até De 208 De 417 De 914 De1.417 De 2.864 De 4.699 De 8.550

1

Bitola

1

207 416 a 913 a 1.416 a 2.863 a 4.098 a 8.549 a 17.882

a

Tabela 11.3b Dimensionamento d a s p m m a d a s ascendentes construídas com tubos d e cobre número d e Wobbe d o gás (kcal/m3)W = 5.700

1

Potência adotada (kcallmin.) Até 236

De 237 De 451 De 792 De 1.296 De 2.539 De 4.431 De 8.098

a a a a

a a

a

450 791 1.295 2.538 4.430 8.097 17.666

I

Bitola

1

22 mm 28 mm 35 mm 42 m m 54 mm h6 m m 79 mm 104 mm

Nula. Instru(6es para utilizaçào das Tabs. 11.3a e 11.3b: - Determinar a potência adotada para os vánas trechos da prumada ascendente. - Os trechos ciijas potências adotadas para dimensionamento se enquadrarem dentro dor limites rstahclccidor na coluna da e~querdada tahela tém o
605

Irzstaiaçãu dr Gás Combustívei

11.6.3.- Dimensionamento de ramificqóes de edificaç0es para gás com número de Wobbe 5.700 kcallm3. a) No dimensionamento das ramificações serão utilizadas, conforme o caso: Tabs. 11.2, 11.3a. 11.3b. 11.4, 11.4a. 11.5 ou 11.5a;folha de cálculo modelo A (ver exemplos 1 , 2 e 3 nas Figs. 11.12, 11.I 3, e 1 1.14, respectivamente). b) O cálculo das prumadas ascendentes será feito utilizando-se as Tabs. 11.3a ou 11.3b; o cálculo dos demais trechos será feito utilizando-se as Tabs. 11.4, 11.4a, 1 1.5 ou 1 1.5a. c) O comprimento de pmmadas ascendentes não será considerado na determinaçãodo ponto de gás mais afastado do medidor. d) O comprimento de pmmadas descendentes seráconsiderado na determinação do ponto de gás mais afastado do medidor. Tabela 11.4 -Tubos

de afo

Dimensionamento para edificagões com ramificafões primárias e secundárias W = 5.700 kcai/m3; H = 10 mmCA

D

112

314

1

1112

2

2 112

3

4

19.922 14.087 11.502 9.961 8.909 8.133 7.529 7.043 6.640 6.299 6.006 5.751 5.525 5.324 5.143 4.980 4.83 1 4.695 4.570 4.454 3.984 3.637 3.367 3.149 2.969 2.817 2.686 2.571 2.471 2.381 2.300 2.227 2.160 2.099 2.043 1.992 1.899 1.818 1.747 1.683 1.626 1.574 1.527 1.484 1.445 1.408

36.260 25.640 20.935 18.130 16.216 14.803 13.705 12.820 12.086 1 1.466 10.933 10.467 10.056 9.69 1 9.362 9.065 8.794 8.546 8.318 8.108 7.252 6.620 6.129 5.733 5.405 5.128 4.889 4.681 4.497 4.333 4.187 4.054 3.933 3.822 3.720 3.626 3.457 3.310 3.180 3.064 2.960 2.866 2.78 1 2.702 2.630 2.564

75.836 53.624 43.784 37.918 33.915 30.960 28.663 26.812 25.278 23.98 1 22.865 21.892 21.033 20.268 19.581 18.959 18.393 17.874 17.398 16.957 15.167 13.845 12.818 1 1.990 1 1.305 10.724 10.225 9.790 9.406 9.064 8.756 8.478 8.225 7.993 7.780 7.583 7.230 6.922 6.65 L 6.409 6.192 5.995 5.816 5.652 5.501 5.362

Consumo em kcaUmin

L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 L2 L3 L4 L5 L6 17 I8 19 20 25 .30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

1 U4

387 273 223 193 173 158 146 136 129 122 116 111 107 103 99 96 93 91 88 86 77 70 65 61 57 54 52 49 48 46 44 43 41 40 39 38 36 35 33 32 31 30 29 28 28 27

878 62 1 507 439 392 358 332 310 292 277 264 253 243 234 226 219 213 207 201 1% 175 160 148 138 130 124 118 113 108 104 101 98 95 92 90 87 83 80 77 74 71 69 67 65 63 62

1.764 1.247 1.018 882 789 720 667 623 588 558 532 509 489 471 455 441 428 415 404 394 352 322 298 279 263 249 237 227 218 210 203 197 191 186 181 176 168 161 154 149 144 139 135 131 128 124

3.875 2.740 2.237 1.937 1.733 1.582 1.464 1.370 1.291 1.225 1.168 1.118 1.O74 1.O35 1.o00 968 939 913 889 866 775 707 655 612 577 548 522 500 480 463 447 433 420 408 397 387 369 353 339 327 316 306 297 288 28 1 274

6.005 4.246 3.467 3.002 2.685 2.451 2.269 2.123 2.001 1.899 1.810 1.733 1.665 1.605 1.550 1.50 1 1.456 1.415 1.377 1.342 1.201 1.096 1.015 949 895 849 809 775 744 717 693 67 1 65 1 633 616 600 572 548 526 507 490 474 460 447 435 424

12.141 8.585 7.009 6.070 5.429 4.956 4.589 4.292 4.047 3.839 3.660 3.504 3.367 3.244 3.134 3.035 2.944 2.861 2.785 2.714 2.428 2.216 2.052 1.919 1.809 1.717 1.637 1.567 1.505 1.451 1.401 1.357 1.316 1.279 1.245 1.214 1.157 1.108 1.064 1.026 99 1 959 93 1 904 880 858

606

11istnlnc.lícs Ilidnirilicns Predinis e l~id~istriiiis

Tabela 11.4a -Tubos

de cobre

Dimensionamento para edificações com ramificações primárias e secundárias

L

Consumo em kcallmin


607

Tabela 11.5 -Tubos de aco -

II

-

-

Dimensionamento para edificações somente com ramificações secundárias

L

Consumo em kcallmin

1 1

608


Tabela 11.5a - Tubos de cobre Dimensionamento para edificações somente com ramificações secundárias W = 5.700 kcai/m3;H = 15 mmCA 15

22

28

42

54

66

79

104

25.928 18.334 14.969 12.964 11.595 10.585 9.799 9.167 8.642 8.199 7.817 7.484 7.191 6.929 6.694 6.482 6.288 6.111 5.948 5.797 5.185 4.733 4.382 4.099 3.865 3.666 3.496 3.347 3.216 3.099 2.993 2.898 2.812 2.533 2.660 2.592 2.472 2.366 2.274 2.191 2.117 2.049 1.988 1.932 1.881 1.833

42.061 29.741 24.284 2 1.030 18.810 17.171 15.897 14.871 14.020 13.301 12.682 12.142 11.665 11.241 10.860 10.515 10.204 9.914 9.649 9.405 8.412 7.679 7.109 6.650 6.270 5.948 5.671 5.430 5.217 5.027 4.856 4.702 4.562 4.433 4.315 4.206 4.010 3.839 3.689 3.554 3.434 3.325 3.226 3.135 3.051 2.974

91.760 64.884 52.977 45.880 41 .O36 37.461 34.682 32.442 30.586 29.017 27.666 26.488 25.449 24.524 23.692 22.940 22.255 21.628 21.051 20.518 18.352 16.753 15.510 14.508 13.678 12.976 12.373 11.846 11.381 10.967 10.595 10.259 9.952 9.672 9.414 9.176 8.749 8.376 8.047 7.755 7.492 7.254 7.037 6.839 6.657 6.488

Consumo em kcaUmin

L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

35

469 332 27 1 234 210 191 177 166 156 148 141 135 130 125 121 117 113 110 107 105 93 85 79 74 70 66 63 60 58 56 54 52 50 49 48 46 44 42 41 39 38 37 36 35 34 33

1.225 866 707 612 548 500 463 433 408 387 369 353 339 327 316 306 297 288 281 274 245 223 207 I93 I82 173 165 158 152 146 141 137 132 129 125 122 116 111 107 103 100 96 94 91 88 86

2.335 1.651 1.348 1.167 1.O44 953 882 825 778 738 704 674 647 624 603 583 566 550 535 522 467 426 394 369 348 330 314 301 289 279 269 261 253 246 239 233 222 213 204 197 190 184 179 174 169 165

4.110 2.906 2.373 2.055 1.838 1.678 1.553 1.453 1.370 1.299 1.239 1.186 1.140 1.098 1.061 1.O27 997 968 943 919 822 750 694 649 612 581 554 530 509 49 1 474 459 445 433 421 411 391 375 360 347 335 324 315 306 298 290

6.729 4.758 3.885 3.364 3.009 2.747 2.543 2.379 2.243 2.128 2.029 1.942 1.866 1.798 1.737 1.682 1.632 1.586 1.543 1.504 1.345 1.228 1.137 1.o64 1.003 951 907 868 834 804 777 752 729 709 690 672 641 614 590 568 549 532 516 50 1 488 475

13.180 9.319 7.609 6.590 5.894 5.380 4.981 4.659 4.393 4.167 3.974 3.804 3.655 3.522 3.403 3.295 3.196 3.106 3.023 2.947 2.636 2.406 2.227 2.083 1.964 1.863 1.777 1.701 1.634 1.575 1.521 1.473 1.429 1.389 1.352 1.318 1.256 1.203 1.155 1.113 1.076 1.041 1.010 982 956 931

Inçtalação de Gás Combustível

609

11.6.4. - Dimensionamento de ramifica~õespara gás com o número de Wobbe com valor superior a 10.000 kcallm3, a) No dimensionamento das ramificações seráo utilizadas, conforme o caso: Tabs. 1 1.2,11.6.11.6a, 11.7,11.7a, 11.8 ou 11.8a; folha de cálculo modelo A (ver exemplos 4.5 e 6 nas Figs. 11.15, 11.16 e 11.17, respectivamente). b) O cálculo das pnimadas ascendentes será feito utilizando-se as Tab.s 11.6 ou 11.6a; o cálculo dos demais trechos será feito utilizando-se as Tabs. 11.7, 11.7a com 11.8 ou 11.8a. C) O comprimento de pnimadas ascendentes não será considerado na determinação do ponto de gás mais afastado do medidor. d) O comprimento de pmmadas descendentes será considerado na determinação do ponto de gAs mais afastado do medidor.

11.7 CASOS EM QUE SE PODE DEIXAR DE CONSTRUIR INSTALACOES DE GÁS PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA A critério da CEG, podem ser dispensadas as instalações de gás para aquecimento de bgua nos seguintes casos: banheiros de empregadas em domicílio; banheiros de prédios industriais e comerciais, destinados exclusivamente a operários; banheiros de escritórios em prédios comerciais.

-

Tabela 11.6 Dimensionamento d a s prumadas ascendentes constmidas com t u b o s de a$o Schedulle 40 número d e Wobbe d o gás (kcal/m3) W = 10.000 Potência adotada (kcallmin.) Até

De De De De De De De

351 a 705 a 1.547 a 2.397 a 4.845 a 7.950 a 14.466 a

Bitola 3/4"

350 704 1.546 2.396 4.844 7.949 14.465 30.257

1 114" 1 112"

Tabela 11.6a Dimensionamento d a s p r u m a d a s ascendentes construídas com t u b o s d e cobre n ú m e r o d e W o b b e d o gás (kcaUm3)W = 10.000 Potència adotada íkcaumin) Até 414 De 415 De 790 De 1.389 De 2.274 De 4.453 De 8.447 De 13.703

a

789 1.388

a

2.273

a

4.452 8.446 a 13.702 a 29.892 a a

Bitola 22 mm 28 mm 35 mm 42mm 54 mm 66 mm 79 mm 104 mm

Nula: Instruç6es para utiliza~ãodas Tabs 1 1.6 e I Ida: - Determinar a potência adotada para o s vários trechos da p ~ m a d a ascendente; - Os trechos cujas potências adotadas para dimensionamento se enquadrarem dentro dos limites estabelecidos na coluna da esquerda da tabela têm os respectivos diâmetros indicados na coluna da direita.

610

lnstalnçõrs Hidráulicas Prediais e Industriais

Tabela 11.7 -Tubos de aco Dimensionamento para edificações com ramificagões primárias e secundárias W = 10.000 kcaUm3;H = 10 mmCA 1 i14

1 il2

2

Consumo em kcaUmin

Instalação d ~G, i s Combustí~icl

Tabela 11.7a -Tubos de cobre Dimensionamento para edifica~õescom ramifica$ões primárias e secundárias W = 10.000 kcaUm3;H = 10 mmCA 35

42

54

Consumo em kcaUmm 5.888 4.163 3.399 2.944 2.633 2.403 2.225 2.081 1.962 1.862 1.775 1.699 1.633 1.573 1.520 I .472 1.428

9.640 6.816 5.565 4.820 4.311 3.935 3.643 3.408 3.213 3.048 2.906 2.782 2.673 2.576 2.489 2.4 1 0 2.338

18.880 13.350 10.900 9.440 8.443 7.707 7.136 6.675 6.293 5.970 5.692 5.450 5.236 5.045 4.874 4.720 4.579

611

612

Instnlaçics Hidrflulicas Prediais e industriais

Tabela 11.8 - Tubos de aco

I

W = 10.000 kcallm'; H = 15 mmCa

U2

1

I

Dimensionamento para edificações somente com ramificações secundárias

L

314

1

1 V4

1112

2

Consumo em kcaUmin

2 112

3

4

1

614


FOLHA D E CALCULOS MODELO A W=

5.700

Material d o s t u b o s

KcaUm'

COLUNAS

COLUNAS

Distância do ponto mais afastado = 1.5 + 8,O + 5,O + 5,O + 7.0 = 27m

Distância do ponto mais afastado =

POTÊNCIAS

Limites dos trechos

Computadas

Adotadas

Bitola Pol.

A, -B

160

160

314

4-B

125

125

314

B -C

160 + 125 = 285

285

1

F,-C

170

I70

314

C -D

285 + 170 = 455

430

1 114

FO-D

50

50

in

D -MI

455 + 50 = 505

469

1 114

Rua

Aco

-

Limites dos Whos

N."

POTÊNCIAS Bitola Computadas

Adotadas

Instalador - Autor do Projeto

Fig. 11.11 Exemplo N." I Ramificaçáo secundaria de uma casa - Esquema das ramificagúes de aço -número de Wobbe do gás: W = 5.700 kcallm'.

Instalação de Gás Combustíuel

615

EXEMPLO 2 FOLHA DE cALcULOS MODELO A

Fig. 11.13 Exemplo N.' 2 MO somente com ramificaçãosecundáriade cobre

-Esquemadas ramificaç&s -W = 5.700 kcaUm3

616

I n s t a l a ~ Hidráulicas s Prediais e Industriais

EXEMPLO 3 FOLHA DE CALCULOS MODFLO A

W=

5.700

Material dos tubos

Kcai/m3

Aco

COLUNAS 01

COLUNAS 02

Distância do ponto mais afastado = 1,O + 4,3 + 5.0 + 1,8 + +2,0+2,2+2,9+0,7=20

Distância do ponto mais afastado = 1,5 + 2,4 + 5,6 + 1,2+ +2,0+2.2+2,9+0,7=19

L~mtes

POT~WCIAS

dos trechos

Computadas

Bitola

Adotadas

P""

Li"tes dos

POTÊNCIAS

ehos

Computadas

Adotadas

BiMa p""

F6-B

260

260

1

A2-D

200

200

1

FO-B

50

50

L/2

F6-D

260

260

1

B-C

260+50=310

310

1

D-E

260+200=460

430

1 114

A,-C

200

200

1

FO-E

50

50

in

C-G

310+200=510

469

1 114

E-G

50+460=510

469

1 114

H,-%

510 X 2 = 1.020

810

1 114

H,-%

510X2X2=2.040

1.347

lln

%-H,,

510X2X12=12.240

2.820

2

H,,-H,

~ I O X Z X ~ O = ~ O . ~ O O 4.330

2in

H,-MG

30.603

2 112

RUIWD*

Rua

4.330

N.O

Insuilador - Autor do F'mjeto

Mg. 11.14 Exemplo N." 3 M i o com ramificaçóes primárias e secundárias de aGo- Esquema das ramificações -W = 5.700 kcaV ml.

Instalacão de G6s Combustívei

617

EXEMPLO 4 FOLHA DE G~LCULOS MODELO A W = 10.000KcaIIm3

Material dos tuboa

COLUNAS

Cobre

COLUNAS

Disiância do ponto mais afastado = 1,s + 8.0 = 27 Limites dos trechos

+ 5,O + 5.0 + 7.0

P~~JCIAS Computadas

Bitola

Adotadas

-

, ,

A,-B

160

160

22

Pq-B

125

125

15

B-C

125+160=285

285

22

F, -C

170

170

22

C-D

170 + 285 = 455

430

28

Fo-D

50

50

I5

D-MI

50+455=505

469

28

Rua

Disiânna do ponto mais afastado = Limites dos uechos

N."

PC~%NCIAS Bitola Computadas

Adotadas

-

instalador Autw do Projeto F i g .11.15 Exemplo N." 4 RamificaçHo secundáriade uma casa-Esquema

W = 10.000 kcaUm3.

dasramificaç6es de cobre -número de Wobbc do gás:

618


EXEMPLO 5 FOLHA DE CALCULOSMODELO A

W =10.WOKcaUm3

hlaterial dos tubos

COLUNAS

COLUNAS

Distância do ponto mais afastado = 1.0 + 4.0 + 2.0 + 6.2 + + 2.7 + 3.5 + 2.3 + 1.5 + 0.6 = 24

Rua

Fig. 11.16 Exemplo N? 5 M

ACO

I

N.'

Distâocia do ponto mais afastado =

--

Instalada - Autor do F'rojeto

o samente com ramifica@ secundanade q o -Esquema das ramificações -W = 10.000 kcai/m3.

Instalafão de Gds Cmbustivel

II

?

619

mmurnmr

*.9

>

'~

*I

z

COTAS IY

urraer

EXEMPLO 6

*O

FOLHA DE CALCULOS MODELO A

W=

10.000

Kcallm3

Material d o s t u b o s

Cobre

COLUNAS

COLUNAS

Distância do ponto mais afastado = 1,O + 4,3 + 5,O + 1.8 + + 2,O + 2.2 + 2.9 + 0.7 = 20

Distância do ponto mais afastado = 1.5 + 2.4 + 5.6 + 1.2 + = +2,0+2,2 +2.9+0,7 = 19

POTÊNCIAS

Limites dos trechos

Computadas

Adotadas

Bitola mm

Limites dos trechos

POTÊNCIAS Computadas

Adotadas

Bitola mm

F6 -B

260

260

22

A2-D

200

200

22

FO-B

50

50

15

F6-D

260

260

22

B-C

260+50=310

310

22

D -E

260+200=460

430

28

A,-C

200

200

22

FO-E

50

50

15

C-G

310+200=510

469

28

E -G

50+460=5lO

469

28

H,,-H,,

510 X 2 = 1.020

810

35

H,,-H,,

510 X 2 X 2 = 2.040

1.347

42

H,,-H,

510X2X18=18.360

3.210

54

H,-MG

18.360

3.210

54

IPUMIDA

Rua

N."

Instalador - Autor do Projeto Fig. 11.17 Exemplo N." 6 Prédio com ramificações primsrias e secund8rias de cobre - Esquema das ramificações - W = 10.000 kcal/mJ.

620


11.8 INSTRUÇÕESPARA UTILIZAÇÃODAS TABELAS 11.4; 11.4a; 11.5; 11.5a; 11.7; 11.7a; 11.8; 11.8a a - Determine o consiimo de gás em kcaUmin. para cada aparelho de utilização previsto na instalação. b - Determine a distância em metros desde o medidor até o ponto mais afastado do medidor, não sendo considerados, nesta determinação, aparelhos de utilização com potência igual ou inferior a 100 kcdmin. c - Localize na tabela apropriada a linha horizontal correspondente ao comprimento igual ou imediatamente superior ao determinado no item anterior. d - Determine a potência computada para cada aparelho e trecho de tubulação. e - Utilizando a Tab. 11.2, determine as potências adotadas no projeto para cada potência computada determinada no item anterior. f - Começando pelos trechos mais afastados do medidor, localize, na linha escolhida no item c, as colunas correspondentes aos consumos iguais ou imediatamente superiores aos dos trechos que se deseja dimensionar utilizando as potências adotadas determinadas no item e. No topo de cada coluna encontra-se a bitola que o trecho deverá ter.

11.9 CONDIÇÕES GERAIS PARA EXECUÇÃODA INSTALAÇÃO DAS TUBULAÇ~ESPARA GAS DE RUA As ramificações deverão ser executadas: a) em tubos rígidos de aço -carbono zincado, com ou sem costura, com espessura de parede correspondente a Schedulle 40, atendendo às normas NBR 5580, NBR 5885, ASTM A 53 ou ASTM A 120; b) em tubos semi-rígidos de cobre ou latão; C) em outros materiais que a CEG venha a recomendar. - As interligações das ramificações executadas com tubo de aço-carbono serão feitas com emprego de roscas, flanges, solda oxi-acetilênica e solda elémca. a) As conexões devem ser de ferro maleável ou aço forjado. b) As roscas devem ser cônicas, ou macho cõnica e fêmea paralela, e a elas deve ser aplicado vedante, tal como resina epóxi, nas ligações permanentes, fita de pentatetrafluor etileno (ex.: teflon, incoflon ou similar), ou ainda outros vedantes que a CEG venha a recomendar. Não é permitido o uso de massa de zarcão vermelho (Pb,04) d o u fios de cânhamo. - As interligaçóes das ramificações executadas com tubos semi-rígidos de cobre ou latão serão executadas com solda branca, brasagem, com material com temperatura de fusão acima de 540°C. - As conexões devem ser de cobre ou latão. Somente poderão ser empregados tubos sem rebarbas e sem defeitos de estrutura, de pontas ou de roscas. - Nas ramificações não será permitido o uso de tubos com diâmetro interno inferior a 12,7 mm, quando construídas em aço, e a 13,6 mm, quando constmidas em cobre ou latão, ou inferior ao diâmetro que a CEG vier a recomendar, para materiais ainda não permitidos, que eventualmente venham a ser tecomendados pela CEG. - Toda ramificação deverá ter um ou mais coletores para condensação, localizados em pontos adequados. Os coletores, quando enterrados, deverão ficar em locais de fácil identificação e conservação. - As ramificações deverão obedecer As seguintes características: a) ter declividade de forma a dirigir a condensação para os coletores; b) ser totalmente estanques e firmemente fixadas; C) ter um afastamento mínimo de 20 cm das canalizações de outra natureza; d) guardar entre si um espaçamento pelo menos igual ao diâmetro da maior tubulação, no caso de tubulações de gás próximas umas das outras. - Os coletores devem ser colocados em áreas de servidão comum, a menos que se trate de coletor da ramificação da própria economia. - No caso de superposição de tubulações diversas, as de gás deverão ficar acima das demais. - As tubulações não devem passar por pontos que as sujeitem a tensões inerentes à estmtura do prédio. - Nas paredes onde forem embutidas as pnimadas e os trechos verticais dos aparelhos de utilização, não será permitido o uso de tijolos vazados a uma distância mínima de 20 cm para cada lado. - As canalizações que forem instaladas, para uso futuro. deverão ser fechadas nas extremidades com bujão ou tampa rosqueada de metal. - Os registros, válvulas e reguladores de pressão devem ser instalados de maneira a permitir fácil conservação e substituição a qualquer tempo. - Deve ser prevista tubulação que permita, em caso de falha do regulador de pressão, descarregar todo o gás para o ar livre. - A eventual interligação das ramificações, entre o ponto inicial das ramificações e as instalações de gás liquefeito de petróleo, só poderá ser feita sob a supervisão e responsabilidade de companhias distribuidoras desse produto, as quais se encarregarão ainda de testar as ramificações. -

-

Instalaçdo de Gás Combustíwl

621

11.9.3 Teste e conservação - As ramificações s6 serão aprovadas depois de submetidas pelos instaladores à prova preliminar de estanqueidade mediante emprego do ar comprimido ou g8s inerte com pressão de 1.000 mm.c.a. a) Nos casos de instalações embutidas, essa prova deverá ser feita antes do revestimento. b) Na realização do teste, a pressão deve ser elevada progressivamente até atingir a pressio de 1.000 mm.c.a. C) Atingida a pressão de teste, não havendo vatiação do seu valor durante 60 minutos, a tubulação será considerada estanque. - E proibida a procura de escapamento por meio de chama. - Iniciada a admissão de gás na tubulação, deve-se deixar escapar todo o ar retido na mesma por meio de abertura dos registros nos aparelhos de utilização, devendo os ambientes ser mantidos plenamente arejados. - A conservação das ramificações de gás compete ao consumidor, que s6 poderá modificá-las mediante prévia consulta à CEG.

11.10 APARELHOS DE UTILIZAÇÃOE SUA ADEQUAÇÃO AOS AMBIENTES Todos os aparelhos de utilização devem ser ligados por meio de conexões rígidas à instalação interna. Excetuando-se os pequenos aparelhos poniteis, tais como fogareiros, fenos de passar, pequenos esterilizadores, bicos de Bunsen, aparelhos de laboratóriose de uso doméstico, que poderão ter ligações em tubo flexível de tipo aprovado. É indispensável a existência do registro na extremidade rígida da instalação onde é feita a ligação do tubo flexível.

11.10.1 Instalação de fogões - Fogões com capacidade superior a 250 kcalímin deverão ter sua instalação complementada com coifa ou exaustor para condução dos produtos de combustão para o ar livre ou para o prisma de ventilação. A seção real do prisma de ventilação deve: a) ser uniforme em toda a sua altura; b) conter a seção retangular mínima de O, lm2por pavimento, cujo lado maior deve ser igual .no máximo 1,s vez o lado menor.

11.10.2 Instalação de aquecedores - Todo aquecedor de água deverá utilizar chamink destinada a conduzir os produtos de combustão para o ar livre ou para o prisma de ventilação (Fig. 11.18). - Aquecedores de água não podem ser instalados no interior de boxes ou acima de banheiras com chuveiro. S6 são permitidos aquecedores que tenham válvulas temostáticas de segurança do queimador principal. - Todo ambiente que contiver aparelhos domtsticos a gás deverá ter uma área total mínima permanente de ventilação de 800 cm2,constituída por duas aberturas: uma superior, comunicando-se diretamente com o ar livre ou prisma de veuti-

-

s l g z o LIVRE

TERMINAL

AOULCEOOR

~ ' R E A LIVRE BANHEIRO

QUARTO

Flg. 11.18 Chamink para banheiro sem janela.

622


1

1 -rI

1

61i:r;4~

JANELA COM BASCULANTE SEMPRE AôERTO E FIXO

i ABERTURA

b 200 cmi

T

1.5Om

EM WRTA OU PAREDE

0.8Om PISO I

.

..

Fig. 11.19 Aberturas para ventilação nos banheiros.

lação. acima de 1,s m de altura; e o u m inferior, abaixo de 0,8m de altura, de forma a permitir a circulação do ar ambiente, devendo a abertura inferior variar de 200 a 400 cm2(Fig. 11.19). -Nos banheiros será permitida a abertura superior em comunicação indireta com o exterior. atravbs de rebaixas, desde que haja s e ~ ã livre o m'nima de 1.600 cm2até o comprimento máximo de 4 m (Fig. 11.18). Dependências com menos de 6 m3 náo podem ter aparelhos de utilização em seu interior. - Os ambientes onde forem instalados aparelhos a ghs devem ter uma área de ventilação permanente calculada pela fórmula a seguir: Área de ventilação (cm3 = 2,5 X consumo de todos os aparelhos (kcaVmin) - Os banheiros com ventilaçáo mecânica devem ter na parte inferior da porta uma área de ventilação permanente igual a 6CN cmz (Flg. 11.20).

-GRADE

IETALICA

SEM VIDRO

ELEMENTO VAZADO AREI M ~ N I M ADE V E N T I L A S ~ Or 6 0 0 ~ r n '

WÁSCULA F I X A ABERTA i SOLDADA 1 A DE VENTILAÇIO :6 0 0 cn2

0 8 3 . : NOS AMBIENTES ONDE HOUVER

VENTILASXO

H E C ~ ~ N I C AA, Á R E A M ~ N I M A DEVERA SER DE 600c.2

Fig. 1130 Basculantes fuos. aberturas gradeadas; elementos vazados e abertura nas portas paia ventilqão nos banheiros.

Instalnçüo de Gás Combustível

623

slrc"~* rir* .@C.

Yi*,Y.

DE

viuri~ri6o ao0

0'.

Flg. 1131Tipos de ventilaçiio permanente mínima.

-

Os aquecedores não devem ser instalados imediatamente abaixo e sob a mesma vertical que passa pelos basculantes, janelas ou por quaisquer aberturas de ventilação do ambiente. - No caso de ventilação mecânica, devem ficar pelo menos a 1 m ao lado da abertura de insuflamento de ar (Fig. 11.22).

Capacidade útil e capacidade nominal do aparelho servido pela chamln6 A chorniné 6 dimensionada em funcão da cavacidade nominal do avarelho. Assim, na Tab. 11.9 consideram-se 85% da capacidade nominal do aquecedor obtençáo das diieusóes da &ção transversal da chaminé secundária O fabricante apresenta em seus caiáiogos apotêncio útil do aquecedor. Admitindo-se o rendimento de 75%. lemos, por exemplo, para um aquecedor Junkers de 125 kcaltmin:

624

Instalafóes Huirdulicaç Prediais e Industriais

fl t

ORELHA

DE

VENTILAÇ~O ACIMb 0 0 OEFLETOR

Fig. 1122 Colocaçáo do aquecedor em relaçáo a uma grelha de ventilação.

IMPORTANTE

I

I

05 AMBIENTES ONDE ESTÃO INSTALADOS OS APARELHOS A ÚS D E V E R ~ OSER P E R M A NENTEMENTE VENTILADOS. P(R ONDE ESTIVER F U S A N W O PERCUIISO H O R I Z O M U O* CHAMINC OEVERA' POSSUIR UM& VENTILAC~J PLRYANENTE PMA O EXTERIOR

TOW R R A I X O ALW~NIO

Ng. 11.7.3 Tipos de vcntilaç& permanente mínima.

DE

Instalação de G á s Combuçtíuel

P~onlmal=

625

- 167 kcallmin 0,75

Para usar a Tab. 11.9 temos que considerar

P,,,,

x 0,85

=

142 kcallmin.

A referida tabela indica como diâmetro mais próximo para tubos padronizados 3", isto é, 7,62 cm.

11.11.1 Chaminés individuais - As chaminés devem ser fabricadas com materiais incornhustíveis e termoestáveis, em cimeuto-amianto, chapas de alumínio. chapas de cobre ou chapas de aço inoxidável. - As chaminés de cimento-amianto devem ter uma espessura mínima de parede de 6 mm e as de chapa metálica uma espessura mínima de 0,7 mm. - O percurso vertical da chaminé não pode ser inferior a 35 cm. - A primeira curva, isto é, a que fica sobre a chaminé, USO6 considerada no cáiculo da perda de carga. - A projeção horizontal do percurso da chamin.5deve ser no máximo de 2 m, sendo permitidas duas curvas de até 9CP (Fig. 11.24). - O comprimento equivalente da curva situada nos dois primeiros metros do percurso horizontal é de 1 m.

- Para cada curva de 90" o comprimento equivalente, após os dois primeiros metros de percurso horizontal, é igual a 20 vezes o diâmetro da saída do defletor, isto 6 (Fig. 11.25). (metros)

IT s t m -d 1

Fig. 1124 ChaminC individual.

( 1 1.2)

Ng.11.25

- Quando a chaminé tiver apenas uma curva ou joeiho de 909 o seu wmprimeuto horizontal máximo será de 3 m (Fig. 11.26). - Quando a chaminé possuir comprimentoreal ou acrescido (com o comprimento virtual) superior a 2 m, todo o trecho horizontal deve ter aumentado o seu diâmetro, de acordo com a relação (Fig. 11.27).

Fig. 11.27

626


sendo: U - diâmetm que deve ter a chamink no trecho horizontal d - diâmetro de saida do defletor ou do trecho vertical L -comprimento horizontal em metros (real + equivalente). O diâmetro D máximo permitido é de 15 cm (6")(para aquecedores instantâneos) e o d mínimo 6 de 7.5 cm (3'7, sendo permitidas seçóes retangulares equivalentes. Assim, se tivermos instalação com

I, = 2 m = comprimento horizontal real d = 3" (o diâmetro mínimo permitido para o defletor e o trecho vertical) h = 35 cm (percurso mínimo vertical permitido para a chaminé). Como s6 são permissíveis duas curvas de 90", teremos:

L = comprimento real horizontal + comprimento equivalente = 2 m + I,, L=2+2=4m Devemos obedecer B proporção:

.,.,

isto é,

ou seja, D = 6". que é o diâmetro máximo permitido para o irecho horizontal da chamine

Fig. 11.28 Chamine com vários tipos de imninal.

627

lnstalaç~ode Gás Combustível

Tabela 11.9 S e ~ õ e transversais s mínimas para chaminhs secundárias

I 85% da capacidade nominal do aquecedor

até 50

I

Secão hansversal mínima Circular

Quadrada

-I d k

Retangular ib

i-,

até 3

50-75 75-108 108-165 165-250 250-320 320-400 400-500 500-650 650-810 8 10-970 970- 1.200 1.200- 1.450 1.450- 1.750 1.750-2.000 2.000-2.350 2.350-2.650 2.650-2.900 2.900-3.200 3.200-3.550 3.550-3.850 3.850-4.150 4.150-4.500 4.500-4.900 4.900-5.300 5.300-5.750

-

Quando a chamink do aquecedor tiver o diâmetro d = 3" e o comprimento L for maior que 4 m, o didmetro B será

sempre igual a 6'. - Quando a chaminé possuir compnmento horizontal real superior a 2 m e não for desejado o aumento de diâmetro permitido no item anterior, poderá ser feita compensação do trecho horizontal em excesso, por igual compnmento acrescido no trecho vertical, desde que o acréscimo do trecho vertical preceda o trecho horizontal, permitindo, assim, a prkvia aceleração dos produtos da combustão. - Na montagem da chaminé secundária será observada uma distância mínima de 2 cm separando-a de matenais de construção inflamáveis. - Quando a chaminé secundária airavessar matenais de constmção inflamáveis, dever6 ser envolta em uma bainha de proteção adequada que a separe pelo menos em 2 cm dos referidos materiais.

Tabela 11.9a Diâmetro de chaminés secundárias segundo a EB-58011981 da ABNT Tipo

Potencia nominal k W (kcaUmin)

Diâmetro da chaminé (mm)-("1

Volume mínimo permitido para o compartimento

Pequeno Médio

Menor que 10.5 (150) De 10.5 a 21

76.2 (3") 101.6 (4")

6 m3 8 m3

Grande

(1 50 a 300) Acima de 21 (300)

Ver Tabela I da NB-2 11

11 m3

628

Instalafaes Hidráulicas Prediais e Industriais

- A chaminé secundária não pode ser colocada em espaços ocos desprovidos de adequada ventilação permanente. - A seção da chaminé náo pode ser diminuída para a obtenção de vários encaixes, com o objetivo de facilitar o transporte e a embalagem dos trechos que a formam. - Chaminés destinadas a aparelhos que não possuem o próprio defletor deverão ser equipadas com esse dispositivo colocado entre 30 e 75 cm acima do aparelho de utilização; são fabricadas segundo as dimensões indicadas na Fig. 1 1.29. - Na extremidade da chaminé deverá ser instalado um terminal (Fig. 11.29) sempre que a descarga se fizer para o ar livre ou prisma de ventilação. Exemplo: Suponhamos uma chaminé de aquecedor conforme representado na Fig. 11.30. Deseja-se saber o comprimento mínimo que deverá ter o trecho vertical h ' . Lembremo-nos de que a curva A não é considerada. C,. =comprimento equivalente de cada curva situada nos 2 primeiros metros do percurso horizontal. Trata-se das curvas B e C. C,,. = 1 m (curva B) 2,,, ,= 2 m (curva C) c',, = comprimento equivalente a cada curva, após os 2 primeiros metros do percurso horizontal. c,, = 20.d, conforme explicado para uso da equavâo I I ?

CHAMINÉS DEFLETOR

Fig. 11.29 Defletor para chamine.

Instalação de Gás Combustíwl

629

Fig. 11.30 Chamind com extensáo considerável.

Temos a curva D Como vamos admitir a chaminé com 3" (7,62 cm), teremos:

O comprimento equivalente

O comprimento real L,, = 1,80 + 0,20 + 0.30 = 2,30 m

L=L,,,+L,=

2,30+3,50=5,80m

Para comprimento L maior ou igual a 4 m, vimos que o d i b s t r o deve ser 6".

D,,. = 6" Para compensar a diferença (L - 4 m), isto é, 5,80 - 4,00 = 1.80 m, deveremos ter um trecho vertical h' = 1.80 m. Esse trecho deve ficar localizado dentro dos dois metros da projeção horizontal da chaminb. Exemplo: Na instalação esboçaria na Fig. 11.31, temos um fogão com capacidade útil de 484 kcal/min. Deseja-se determinar a altura h e o diâmetro D da chaminb. a) Cálculo do didmerro d do trecho vertical - Capacidade Nominal

- Para usar a Tah. 11.9, temos 0,851 P

.,,.

= 0,85 x 645 = 548 kcal/min

Na Tab. 1L .9, para o valor de 548 kcal/min, encontra-se para o valor de diâmetro d d=13cm=5" b) Cálculo da projeção horizontal (L) C,.= 1 m

c',. = 20.d = 20 X 0.13 = 2.6 m L=&,,,.+

LM,. =(1.7+0,9+0,6)+2,6=5,8m

630

Instalaç&s Hidráulicas Prediais e Industriais

Fig. 11.31 Coifa de fogão e chamink.

C) Cálculo do comprimento verrical h'

d) Altura do trecho vertical h

e) Diâmetro D da chaminé D --

d

2

L

D = l3

2

5.g = 37,7 c",

Seria aconselhável utilizar um exaustor para reduzir o diâmetro da chaminé.

11.11.2 Chaminés coletivas Podem-se reunir em um duto os gases provenientes das chaminés primárias e secundárias de vários aquecedores, de modo a conduzi-los para o ar livre. Esse duto constitui uma chmniné coletiva (Figs. 11.32 e 11.34). A chaminé. em geral, 6 executada com tubos de cimento-amianto ou de concreto pd-moldado, pela facilidade de execução da instalação. Para permitir inspeção quando necessário, a chaminé deve possuir portinholas ou tampas removíveis na pane inferior e nas mudanças de d i q ã o . S6 é permitido um único desvio oblíquo, que não pode ter uma deflexão maior que 30" em relação ao eixo vertical da tubulação, e esse desvio deve ser feito em local acessível (Fig. 11.33). A seção transversal da chamin6 coletiva deve ser mantida constante em toda a sua extensão (Fig. 11.35).

Chaminé de sqáo circular Usa-se a f6mula abaixo para cálculo da área da seçáo da chaminé:


631

AQUECEDOR

Ng. 11.32 Chaminé coletiva

Flg. 11.33 Deflexão da chamink

Sendo:

D = diâmetro interno da chamine coletiva (mm) K = coeficiente de rugosidade interna K = 1 para peças moldadas, com seção circular. É o valor adotado na elaboração da Tab. 11.10, de "Diâmetros mínimos da chaminé coletiva" K = 0.63 para tijolos, concreto ou peças moldadas, com seção transversal quadrada ou retangular 7 =coeficiente de utilização 7 = 1 para uso contínuo: caso das indústrias 7 = 0,588 para uso descontínuo; caso dos aquecedores a gás tipo instantâneo Nu= soma das potências úteis de todos os aquecedores, em kcaVh

CO$ETlVA

.

.:

SAIDA D A CHAMINÉ COLETIVA

...>. ;'. .

;%

.,.

7.:

Fio 1134 Chaminé coletiva. Ligação da chamine de um aquecedor.

632

Instalaçóes Hidráulicas Prediais e Indusfrinis

Tabela 11.10 Diâmetros mínimos da chaminé coletiva (mm) aquecedorea de

250

2

h = altura efetiva da chamine coletiva, em m (distância vertical entre a base do defletor do último aquecedor a gás, ligado na chaminé coletiva, e a saída da mesma) (Fig. 11.34). Exemplo: Suponhamm um edifício de apartamentos com 18 aquecedores de 125 kcaVmin de poencia 6til, sendo a altura efetiva igual a 2,20 m. Dimensionemos a chaminé coletiva.

Potência útil total N- = 18 X 125 = 2.250 kcaümin. Entrando na Tab. 11.10com o valor da altura efetiva h (arredondada para 2 m) e com a potência caldfica total de 2.250 kcaüh, obtemos para a chamind o diâmetro D = 237 mm,o que corresponde a usar um tubo de cimento-amianto de 10" (254 mm). Terminal da chaminé coletiva Para evitar que o vento prejudique a saída dos gases, coloca-se a uma certa altura h., acima da saída da chaminé, um disco -denominado disco de Meiding -de diâmetro d, (Fig. 11.35).

Chaminés coleiivai de seção trnnsveisal quadrada w retingular Uma vez calculado o diâmetm da chamint, se for desejado adow se@o quadradaou retangular. pode-se utilizar a Tab. 4.

4 .

11.11.

Entrando-se com o diâmetro no corpo da tabela, podem-se obter os valores dos lados indicados no alto da tabela e na coluna i3 esquerda. No exemplo que foi visto, o diâmetro 6 de 237 mm.Podemos usar um duto retangular com 25 X 20 cm. A distância mínima enue a saída da chamint coletiva e o ponto mais alio & coberrura d de 40 cm.


DISCO

L

DE MEIDINO

II

dm

Fig. 11.35 Terminal da chaminé coletiva. Disco de Meiding.

Dimensões da chaminé coletiva -Áreas mínimas permitidas para a seção iransversal da chamink coletiva: Peças moldadas circulares: diâmetro 10 cm (78,scm2) Peças moldadas quadradas ou retangulares: 100 cm2 Tijolos (quadrados ou retangulares): 180 cm2 No caso de seções retangulares, o lado maior deve ter no máximo 1.5 vez o comprimento do lado menor.

Tabela 11.11 Dimensionamento dos lados das seções retangulares ou quadradas dos dutos ou chaminés com escoamento equivalente ao de sepões circulares de diâmetros conhecidos em mmiancados no corpo d a tabela Lados (cm)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

633

634

Inslalaçü'es Hidrdulicas Prediais e Industriais n

Fig. 11.36 Chamin6 coletiva. Esquema básico.

11.12 PROJETO DE INSTALAÇÕESDE G Á S 11.12.1 Projetos de instalação de gás para edificação nova com mais de uma economia ou com uma ou mais economias com área construída superior a 80 mZcada - A apresentaçãodo projeto será instruída com documenio conforme a Fig. 11.37. - A escala adotada para as plantas baixas t de 1:50. Casos especiais em que a escala deva ser modificada serãojulgados pela DAC (Divisão de Atendimento a Consumidores).

- Nos desenhos s6 devem constar as instalaçõesde gás. Não serão aceitos projetos de gás sobrepostosa oum de qualquer espécie.

- Devem constar em todos os desenhos: a) nome do propnetáno; b) nome do construtor; c) assinatura do instalador autor do projeto; d) assinatura do instalador responsável pela execução: e) endereco do médio com indicacão da Região Administrativa e do bairro. - No caso de a responsabilidade pelo projeto elou pela execução da instalação passar a ouim instalador. o novo responsável deverá cumprir ngomsamente as exigências i á feitas ao seu antecessor e assumir a responsabilidade atra;és de declaracio. a qual deverir ser assinada &o novo instalador e pelo proprietário. - Os desenhos dévem &r apresentados em cbpi& h e l i ~ ~ c anão s , tendo validade desenhos nos quais constem anotaçóes, rasunis ou emendas, exceção feita Aquelas aceitas pela CEG. Não serão admitidos desenhos feitos a mio livre. nem c6pias imperfeitas. - Nos desenhosdevem sw rigorosamente obedecidosos formatos,contornos, espaços em branco e dobras das folhas, conforme mostrado na Fig. 11.38. - O projeto de localização dos medidores deverá ser instruído com os seguintes documentos: a) planta baixa do local dos medidores (em três cópias heliográficas); b) detalhes da localização dos medidores em planta e em corte (de acordo com as normas gerais constantes do

-

Instalafdo de Gás Combustível

P

A p r e s s n t o ç õ o a r - o- Uso . da ..CEG .- . PI Apresentoçáo do Projeto

I

do

I

P r o j e t o

NQ

Doto

Aprovoçbo do Projeto Retirodo do Projeto Aprovado -Poro Usa do Interessado Coracterizoçâio do Instolopóo Nova Acréscimo

I

I

Data Dato

Modificação

Notureza(a) doís) Pr$dio(s) Comercial

Residenciol

lndustriol

RuaiAv) Aparelhos Considerodos Inatolados no Projeto

Institucional

NQ

Bairro-

C Aquecedor de síumuloçâo D

E F NP do Identificoçbo por E w n o m l o

-Instalodor

Total N Q d * A p o n l h a p / ~ m n o m ~ ~ ~ , ~ / , , , , NQ de Econmlo8 keol/min. A B C D E F

Total Responsável pelo Projeto

Corimbo

Inscr. CEG NO

Nome

Endiripi

NO

A.elnot~r0

-Instalador

Respmsbel pela Execuç

Nome Endereço

Carlmbo

Incr. CEQ NQ NQ

Avtlnolura

P r o p r i s t d r i o Nem. Endarrpo

NQ

Asvlnoturo

Fig. 1137 F m u l á t i o para apresentaçfiodo projeto.

I

I

635

636

Instalaçóeç Hidráulicas Prediais e Industriais

lnçtalaçdo de Gás Combustível

637

Regulamento para as Instalações Rediais de Gás do Estado do Rio de Janeiro, seção 11, anexo 1, com vistas de todas as caixas de proteção, que podem ser apresentadas no mesmo desenho do item a); C) 1 (uma) cópia da planta de situação. - Os medidores devem estar numa faixa adjacente ao limite da propriedade e que tenha extensão no máximo a 113 do comprimento total da propriedade. Os casos excepcionais de localização serão julgados e decididos pela CEG. - A localização de medidores em subsolo ou locais especiais só poder6 ser feita mediante consulta à DAC, a qual, neste caso, poderá exigir outras plantas que sirvam de subsídio para melhor apreciação. O projeto de ramificações deve ser instruído com os seguintes documentos: a) cópia de certificado de numeração, Licença de obra ou documento emitido pelo órgão do município que comprove o endereço citado; b) esquema das ramificações primánas, secundárias e prumadas (2 vias). em escala ou náo; C) folha de cálculo de ramificações (2 vias), conforme a devida Instrução Técnica; d) cópias do projeto (2 vias), compreendendo plantas de pilotis, subsolos, cobertura, e de cada pavimento diferente; e) cópia do corte (1 via) do projeto arquitetanico. - No projeto, deve ser adotada a seguinte simbologia:

SIMBOLOGIA 0ualqu.r aporrllio da utilizagóo. ou p r i v i s õ o onda i a registra, no sspaço suparior. a sigla drsignativa a. no aspaço inferior, o consumo am kcal/min.

E

Fogõo ( r e f e r i r o nP ao númam da bocas)

(F41

Forno Inciniradar Aparelhos d l v r r s o 8

Apuecador ram c h o m i n l com chami n i

Aqurcsdor

Oualquar madidor, anda sa ragistra, no aspaço auparior, O sigla daiignativa a, no iapaqo i n turior, P copacidoda do madidor am hcal/min. Medidor i n d i v i d u a l Medidor

calstlvo

Ragistro ( d a instalagão interna)

-

---a----

Chaminis sampra que posrival, o dssanho davard a p r o i i m a r - s r da situação raal da chamlnd. Nas chominis colativas o número indica o t o t a l da insar~õasdas chaminb srcunddrias.

638


SIMBOLOGIA (cont.) C h a m i n i sacund6rio da p a r c u r s o rssenciolmante wer9icol

Chomind

El

srcunddria d i r i g i d o w r a chamini c o l e t i v a .

C h a m i n i i Coletivos- a número no desenho i u t i l i z a d o p a r a i d a n t i f l c a p õ a da chamind antra a r o u t r a s .

Chamind c o l e t i v a de s a ~ ó a c i r c u l a r

@

Chaminl c o l e t i v a de sepão quodroda

Chamind c o l e t i v a de s e p b r e t a n g u l a r Poços da banheiro

Banheira

-

Conalizatóee oa troços devem ter a eapaaaura nacas.6ria e s ~ f I C I o n l ePara que reolcem nas plantas. Sua i.prisenla~ão grdfica deva apiorimar-se o quanlo porsivel da situaçóo real. r8pelido em locais odequodoe da modo o facilitar a cnmpreensão e interpratoção da p l i n t o .

O diamitro dos tubos dava ,ar ragintrada

Tubulacão horizontal embutida

-----0 25

Tubulacão horizontal b visto Tubuloqóo horizontal ambutido

Tubulaçóo horizontal guarnacidi com bainha

Tubulaçãas

-

-- - -

m

rirticaia

Feixa da tubulaçóes horizontais (empragar oguodo)

Faixa de tubulapóas u i r t i c o i * prumados [opcionalmanta smpripar oguoda) S r p25


639

11.12.2 Projeto de instalação de gás para edificação nova com apenas uma economia de até 80 m2de área construída O projeto da instalação será desenhado, seguindo a simbologia adotada pela CEG, em três conjuntos de tamanho adequado, a critério da CEG, das plantas de arquitetura aprovadas pelo órgão competente do município. - Por solicitação do proprietário, feita segundo o modelo desta instrução, a DAC poderá elaborar gratuitamente um projeto simplificado, bastando para isso a apresentação de cópia da licença de obra e três conjuntos de cópias das plantas de arquitetura, aprovadas pelo órgão competente do município. - Em casos especiais. a DAC poderá pedir ao proprietário outras plantas e informaçws adicionais para subsidiar o estudo das instalações de gás. -

11.13 EXECUÇÃODAS INSTALAÇÕES -

A execução das instalações só poderá ser iniciada após a aprovação do projeto.

- A DAC poderá realizar inspeções não programadas durante o período de execução das instalações internas ou do local dos medidores.

- Sendo constatada a execução de instalação sem projeto aprovado, ou se houver exigência por estar a instalação em desacordo com o projeto aprovado, o instalador ou proprietário, conforme o caso, será notificado por meio de formulário próprio, para cumprir as exigências necessárias a regularização da obra. - O instalador ou proprietário, após cumprir as exigências, deverá solicitar inspeção à CEG, através de documento com modelo constante do anexo n.' IA-1.5 antes de dar prosseguimento a obra. - Nas instalações já encobertas por alvenaria sem que haja projeto aprovado, ou em que haja exigência cujo cumprimento não foi comunicado à CEG através do pedido de inspeção previsto no item anterior feito em prazo hábil, o instalador ou proprietário, conforme o caso, estará sujeito a ter que expor a instalação, quebrando as paredes e pisos em vários pontos a serem indicados pela CEG, seja qual for o estágio da construção. - Estarão sujeitas a serem refeitas as instalações que a CEG venha a constatar que foram executadas em desacordo com o projeto. - A DAC procederá à elaboração do orçamento do ramal em época que for julgada oportuna pelo instalador, mediante solicitação do instalador ou do proprietário. - A CEG iniciará as providências para a execução do ramal após o pagamento do respectivo orçamento.

Executada a instalação de acordo com o projeto aprovado, o instalador ou proprietikio, conforme o caso, solicitari a aceitação da instalação através do documento apropriado. - A aceitação do local dos medidores e da instalação interna dependerá de: a) construção da caixa de proteção e colocação das respectivas portas, com ventilação; h) conclusão de todas as medidas ao alto; C ) colocação de coletores sifonados; d) colocação de placas de numeração, metálicas, gravadas indelevelmente ou esmaltadas, nas entradas principais das economias e nas respectivas caixas de proteção ou cabines; e) observação das normas de segurança, quanto à ventilação dos locais dos aparelhos de consumo. - Na época da solicitação da aceitação, caso haja modificações nas localizações de aparelhos de utilização. respeitadas as normas em vigor, o instalador deverá apresentar à DAC, juntamente com o documento citado, croqui indicativo das modificaçóes havidas em cada economia, se possível em uma só folha, assinada pelo instalador responsável pela execução das instalações e pelo proprietário de cada economia em que se deram as modificações. - Atendidas todas as exigências, a DAC (Divisão de Atendimento aos Consumidores) fornecerá ao instalador o Certificado de Liberação para fins de Habite-se. -

11.15 SENSOR HARD GASS GC-10 11.15.1 Características O Hard Gass GC-I0 utiliza um sensor gás-seletivo. Calibrado para alarmar com a presença de gás a 1/10 do limite inferior de explosividade, o Hard Gass GC-10 alarma na presença dos gases inflamáveis, antes que atinjam a condição de inflamabilidade ou explosividade. Um LED luminoso na cor verde indica que o aparelho está funcionando de acordo. Um LED vermelho indica a presença de gás e concomitantemente aciona um alarme de 80 dB a 1 metro. O Hard Gass GC-10 responde também B presença do monóxido de carbono e alarma a menos de 500 ppm em menos de 5 minutos, evitando acidentes fatais, provocados por aquecedores de água e gis, e também por queima de materiais.

640

lnstalaç6es Hidráulicas Prediais e Industriais

11.15.2 Instalação Desenvolvido para funcionar continuamente, deve ser instalado h distância de 1 a 3,5 m do fogão ou da fonte de gás. O gás natural ou a nafta (gás encanado) são mais leves que o ar e o gás tende a concentrar-se no teto; portanto, instale o detector Hard Gass GC-10 de 15 a 30 cm do teto. O GLP (gás de bujão) 6 mais pesado que o ar e tende a concentrar-se no chão; portanto, instale o Hard Gass GC-10 de 15 a 30 cm do chão. O disuibuidor autorizado é a empresa EDMAX Equipamentos de Segurança.

11.16 SENSORES DE GÁS No município do Rio de Janeiro, a Lei n." 2208 de 13 de julho de 1994 estabelece a obngatoriedade de sensores de gás em estabelecimentos comerciais, industriais e predios residenciais. Art. 1." -Fica obrigada a utilização de aparelho sensor de gás como prevenção para detectar vazamento nos seguintes estabelecimentos e prédios residenciais do município que utilizam botijões de gás liquefeito de petróleo elou gás encanado de nafta ou natural: I - todos os estabelecimentos comerciais, indusiriais, clubes, entidades, hospitais, escolas, refeitórios, repartições públicas. hotéis, moteis, restaurantes e similares; 11 - todos os prédios residenciais com mais de cinco andares. sendo que cada apartamento deverá ser equipado com sensor. Art. 2." -Nos novos prédios ou novas construções deverá constar do projeto de construção a instalação do sensor de gás, para que o mesmo seja aprovado. Parágrafo único -Nos prédios residenciais com até cinco andares e casas térreas residenciais será facultativo o uso do sensor.

Regulamento para a s insinkzçócs prediais de gds d o Estado d o Rio de Janeiro. 22 de dezembro de 1987, Lnsuucão Administrativa N.' IA-l Insuução Técnica N." 1 , 2 e 3 P-NB-21111970 da ABNT. Chamindspara tiragem dos gases de combustüo dos aquecedores a gás. Norma ASA - Instalaci6n de aparatos para gas y de ruberíaspara gas. American Gas Association, Inc.. 19M. KREPEL. Pedro A. O uso eficisnrr de gás em utilidades. 2P Seminario de utilidades. Novembro de 1977 - l.B.P Caiáiops - Aquecedores lunkers -R o k n Bosch do Brasil. - Aquecedores Cosmopolita. - Gazlux Aquecedores S.A. -Aquecedores Geraltherm - Cia. Geral de Indústrias -Aquecedores lunkers - Cia. Geral de Indúsmas.

Gás Liquefeito de Petróleo, GLP

12.1 GENERALIDADES O gás liquefeito de petróleo, designado pela sigla GLP, é basicamente uma mistura de propano c butano, hidrocarhonetos obtidos pela destilação do petróleo ou pelo craqueamento de suas frações mais pesadas. O propano e o butano existem no gás natural, misturados a outros gases, sendo o gás natural a fonte mais econômica para sua obtenção e a que fornece a maior pane do GLP consumido no mundo. A utilização do GLP em escala cada vez maior se deve a vantagens que apresenta em relação à maioria dos combustiveis. Assim, possui: a) Elevado rendimento. h) Elevado poder calorífico. Conforme os teores de butano e propano, a potência calorífica varia de 1 1.000 a 11.800 kcalkgf e 2 1 ,000 a 29.000kcal m'.Apenas para comparação, notemos que 1 kgf de GLP tem uma potência calorífica correspondente a: 2 kgf de carvão de lenha; 1.4 kgf de querosene; 2,4 a 3 m' de gás de rua (nafta); 14 quilowatt horas. C ) Ausência de toxidez. d) Facilidade e rapidez de operação. e) Ausência de subprodutos de queima, sólidos ou corrosivos. O GLP, de início, era empregado apenas em residências isoladas. Hoje é empregado em edifícios de apartamentos e de escritórios, seja sob a forma de instalações individuais, cada serventia utilizando seu próprio botijão, seja sob a forma de instalação central, com rede de distribuiçáo partindo de depósitos situados em áreas livres e descobertas. Seu uso em instalações industriais no Brasil exige a demonstração da impraticabilidade da utilização de outros combustíveis menos nobres, salvo nas instalações das cozinhas dessas indúsuias. As recentes descobertas de reservas imensas de gás natural no Brasil aumentam as perspectivas nâo apenas de distribuição de gás canalizado, mas tamhém de fomecimento de GLP.

12.2 DISTRIBUIÇÃO DO GLP O gás liquefeito 6 disiribuido pelas empresas que o comerciam sob duas modalidades: a) Em recipientes transportáveis, os quais podem ser: - bujõezinhos portáteis para 2 kgf (usados para iluminação, camping, laboratórios etc.): - bujões (botijões) portáteis de 5 kgf (mesmas finalidades dos de 2 kg»; - bujóes para 13 kgf. São os tradicionalmente usados para residências. - cilindros de 45 kgf. Em geral são empregados em gmpos ou baterias, em instalaçôes de médio consumo. - "carrapetas" de 90 kgf, agrupadas em baterias, para instalações de consumo considerável. b) A granel, Útilizando recipientes estacionários (fixos), para capacidades que vatiam de 500 a 60.000 kgf, que são abastecidos por caminhões-tanque, Exigem área,& seguranqa considerável e acesso f4cil para enchimento pelos caminhões-tanque. O ~ r o j e t oda instala@Odeve ser previamente aprovado pelo Conselho Nacional de Petróleo, que autoriza a montagem e concede a quota industrial de gás liquefeito.

642


Conforme o tipo de embalagem, o gás liquefeito pode ser fornecido em pressóes de 50 a 150 psig (3,51 a 10 kgf. cm-' ). Na saída de bujão ou cilindro, sua pressão é reduzida para 15 psi pela ação do regulador de alta ou de primeiro estágio. Para ser usado nos aparelhos a 0.4 psig (280 mm de coluna d'água), o gás deve sofrer nova redução de pressão, o que se realiza com o regulador de baixa. ou de segundo estágio. Em certos casos, o regulada colocado junto ao cilindro reduz imediatamente a pressão para 0,4 psig. Nas instalações com reservatórios fixos e de considerável capacidade, o GLP pode vir a ser armazenado sob elevada pressão, de 100 e até 150 psig (7 a 10.5 kgf. ), o que exige medidas especiais de segurança tanto na instalaçáo quanto na operação. Uma instalação de gaseificação próxima dos tanques toma-se necessária para que a distribuição do GLP seja feita com menor risco.

Há várias maneiras de se executar a instalação de GLP. Vejamos as mais usuais.

12.4.1 Residência de porte pequeno e médio Podem ser usados um botiião de 13 kgf ( a l h de outro como resma), alimentando o fogão e o aquecedor da cozinha, casa i Não h6 rede interna e um outro botijão (com um de reserva) para o aquecedor do banheiro, colocados extemam&te ? de distribuicão de gás. As ligações em tubo de cobre recozido vão da válvula dobotijão ao apareiho a que servem. L? o que representa a Fig. 12.1.

I

CASA

Fig. 12.1 Instalaçáo de botijóes de GLP em uma casa.

12.4.2 Residência de grande porte Faz-se uma instalação de distribuição alimentando cozinha, banheiros. área de serviço e ate mesmo aparelhos de calefação (se for o caso). Sendo grande o consumo. podem-se utilizar cilindros em vez dos botijóes. Pode-se, por exemplo, utilizar uma bateria de quatro botijões de 13 kgf, ou cilindros de 45 kgf cada (se o consumo for grande), funcionando dois em paralelo e ficando os outros dois de reserva. A disüibuição é feita sob média pressão. havendo necessidade de reguladores de segundo estógio antes de cada aparelho ou conjunto de aparelhos próximos entre si. A Fig. 12.4a é uma fotografia de uma caixa embutiba contendo um regulador de g&sde segundo estágio, e a Fig. 12.5 apresentaum desenho do referido regulador. (Ambas as figurasapresentadas por cortesia de Robert Bosch do Brasil Limitada, fabricante ;dos aquecedores Junkers.) A Fig. 12.6representa uma rede de distribuição de GLP para uma residência grande. com cinco aquecedores, um fogão de seis bocas e um radiador para aquecimento do recinto.


BOTIJOES DE 13 k g f ( 2 EM FUNCIONAMENTO E 2 DE RESERVA

643

I

Fig. 12.2 Esquema bisico de instalação com botijões em paraielo.

Fig. 12.3 Bateria de cilindros de 45 kgf em cabine.

Fig. 12Aa Detalhe da caixa com regulador de g6s de 2."estágio.

Fig. 12.4b Regulador de gás da Aliança Metalúrgica S.A. Pressões de entrada: 10 a 0,3 kgf . c w 2 ;de saída, 1,4 a 0.02 kgf . ~ r n - ~

12.4.3 Prédio de apartamentos Têm sido adotadas duas soluções: -Instalação individual em cada apartamento,cada qual com seu bujão de gás. Neste caso, é permitida a instalação de

644

instalações Hidrdulicas Prediais e Industriais

Tubo de cobre de 3!8' (parag6sl

l u v a de 112"

Porca de canexá

Tubo galvsnizado 112"

Regulador do 2.0 estágio

Registro de gás do regulador

sem costura para a aparelha

Niple curto de 314" lcânical

/

Vábula do botijáo de 13 kg. rosca de 314' Luva de 314'

Luva de iedugáo 314' x l j 2 . Niple 112'

A

Tubo de gas 112". galvsni2ada. sem costura Ipreosào rnaxima: 30 libras1

Fig. 12.5 Regukador de 2." estágio.

LIMITE DA PROPRIEDADE

REG. 29 E s ~ h 0 i O

.-.-.-.-. 314"

a CABINE DOS CILINDROS

L I

TERRENO

TERRENO

Fig. 12.6 Distribuiçáo de GLP em residência de grande porte.

bujão de 13 kgf em locais de contato direto com o exterior: áreas abertas de fácil acesso ou locais com abertura mínima de 0,50 X 0,12 m permanentemente aberta (ou com tela), de modo a permitir a saída de gases para o exterior. O inconveniente é o transtorno do vaivem de bujões pela área de serviço do edifício. - Instalaçõo coletiva. Armazena-se o GLP em uma bateria de cilindros de 45 kgf ou de 90 kgf cada, ou em tanques de capacidade equivalente, devendo haver sempre um de reserva. Os cilindros ou os tanques de serviço do predio são colocados em área externa, podendo-se enterrar o tanque, se necessário. No caso de cilindros, o fornecedor troca-os, tal como os bujóes; no caso do tanque, este é enchido pelo carro-tanque do fornecedor de gás liquefeito. Do nuutifoid,isto é, do bamilete, partem uma ou mais Nbulações gerais. tal como vimos para o caso do gás de ma, que em cada pavimento dão ramificações para cada apartamento. 0 s medidores dos apartamentos são localizados nos respec-


APARTAMENTO

PRUMLDA

645

1

MEDIDOR 1

PRUMIIDII 2

MEDIDOR 2

APARTAMENTO

BAN*.

Porêii<.i
Aquecedor: 140 a 160 kcalimin 8.400 a 9.600 kcal/h Fogào 4 bocas: lO.800 kcallh. Fig. 12.7 Distribuição de gis por instalaçáo central em prédio de apartamentos.

tivos pavimentos e em local de fácil acesso, para anotação da leitura do consumo de gás, por um preposto do síndico ou do administradore rateio das des~esasentfe os condôminos. Os cilindros e os regulado& primários de pressão do gás não podem ser localizados em varandas, alpendres e pequenos galpões. O local escolhido para a instalação dos cilindros deve possibilitar a dois homens carregar - os cilindros docaminhão à cabine, por caminho de acesso desimpedido e fácil. Em alguns estados do país, quando se usam tanques, a legislação permite, para economia nas tubulações, que a distribuição se faça em alta ou média pressão. empregando-se então reguladores no banilete de distribuição antes do medidor no andar e antes de cada aparelho consumidor de gás, para que, no aparelho, a pressão fique reduzida a 280 i 10 mm de coluna de água. Dependendo do número de apartamentos e, portanto, do consumo, pode vir a ser necessária uma instalação de capacidade considerável. Não é permitida a existência de qualquer material de fácil combustão abaixo do nível do dispositivo de segurança dos cilindros e das válvulas, a menos de 3 m de distância dos cilindros. Nas instalaçóes exclusivamente industriais, em que a utilização do gás exige a portabilidade dos cilindros de 45 kgf, tomando impraticável a manutenção dos mesmos no exterior das edificações, podem ser admitidos os cilindros no interior das mesmas desde que: a) a edificaçào abrigue instalações para processos industriais e seja para tal destinada; b) a permanência dos cilindros se restrinja ao tempo necessário ao uso, não sendo admitida a armazenagem dos cilindros no interior das edificações; c) cada instalação portátil não possua mais de três cilindros; d) não haja no mesmo compartimento, à distância inferior a 15 m, outra instalação portátil nas mesmas condições. A Tab. 12.1 permite determinar o número de cilindros ou carrapetas a instalar, conforme a potência calorifica requerida, a qual deve ser igual à capacidade de vaporização do gás armazenado. Quando forem instalados cilindros em bateria, em cabines, como mostrado nas Figs. 12.8, 12.9 e 12.10 deve haver um registro para cada cilindro e um geral, de modo a se poder isolar um cilindro ou o conjunto quando necessário, a fim de proceder à manutenção ou substituição.

12.5 DIMENSIONAMENTO DAS TUBULACOES PARA GLP Os aparelhos de consumo de GLP. como já foi dito, em geral operam com o gás a uma pressão de 11 pol. de coluna de água. As tabelas quedão a potência térmica requerida pelos equipamentos, expressa em Btu ou kcal, baseiam-se nessa pressão de serviço. E importante, pois, dimensionar corretamente as linhas e ramais para que a potência calorifica que chega aos queimadores seja a requenda pelos mesmos. Assim, por exemplo, sob uma pressão de serviço de 7 pol. de c.a., um equipamento previsto para funcionar sob 1I pol. de c.a. estará operando com 80% de sua capacidade nominal.

646


Tabela 12.1 N ú m e r o de cilindros e m função d a potência requerida Quantidade e tipo de recipiente 4 x45 6 X45 8 X 45 ou 4 X W I O X 45 12X 45 16 X 45 ou 8 X 90 IOX 90 I 2 X 90

Capacidade de vaporizagão Capacidade total (kgf)

Diâmetm do manifold

Btuh

kcallh

2.10 262

100.000 125.000

25.200 31.500

3A"

360 450 540

4,20 5.25 6.30

200.000 250.000 300.000

50.400 63.000 75.600

%" %" %"

720 900 1.080

8.40 10.40 12.60

400.000 500.000 600.000

100.800 126.000 15 1.200

%" %" %"

180 270

kgfh

1

i/r"

Quando a pressão de distribuição é igual a 11 pol. de c.a., acrescida da perda de carga, se diz que a instalação é de baixa pressão. Nos alimentadores principais, a pressão é mais elevada, da ordem de 15 psig (= 1 kgf . cm-' = 10,3 mca), e deve ser reduzida para o valor de baixa pressão por meio de válvulas especiais, a fim de servir a ramais ou a aparelhos. A vantagem do emprego de alta pressão na alimentação 6, como logo se percebe, a economia com a redução no diâmetro das tubulações. P O R T I DE VENEZIANA EM TODA A E X T E N S I O

VISTA

(SEM

DE F R E N T E AS P O R T I S I

IREI cs SEGURANFA TORNO

CORTE

PLANTA

I

LU

0 1 CABINE

A-A

/

,/

BAIXA

Fig. 12.8 Cabine para 6 + 6 cilindros de capacidade de 45 kgf cada. (Padrão Ultragás S.A ) I. Cilindro pi45 kgf 2. Pig-ta;/ de borracha 3. Tubo de aço sem costura "ASTM a 120 ou ASTM a 55 sch. 80 1 114" 4. Regulador Fisher modelo 9321261 5. VAlvula de eifera 6. Manómetro 7. Coletor

Gás Liquefeito de Petróleo,GLP

IOW

P B T ~4 5

kg 12 cillndiail

Instalação de cilindros em cabines ou ar&os.

(Cortesia de Robm Bosch do Brasil I

REOULADOR I Q E$TA~$IO

s m u Ã o DE 13Kg (DOIS EM FUNCIONAMENTO E DOIS DE RESERV4I

Fig. 12.10 Instaiação tipica em baixa pressáo.

12.5.1 Tubulações para GLP sob baixa pressáo A vazão de GLP em tubos de ferro galvanizado pode ser calculada pela fórmula

Sendo Q expressa em pés cúbicos por hora d -diâmetro interno do tubo, em polegadas

~ 0 6 x 0GERAL

647

648

Insfala~õesHidráulicas Prediais e Industriais

h , - perda de pressão, em polegada^ de coluna d'água Pode-se considerar razoável uma perda de 0,6 pol. de c.a. para a linha do bujão de gás ao apareiho de consumo. A perda no regulador de pressão é da ordem de 1,4 pol. de c.a. e este é colocado junto ao apareiho de utilização do gás. Quando se coloca um medidor no ramal, admite-se 0.2 pol. de c.a. para a perda nesse medidor, e 0.4 pol. de c.a. para o restante da linha (com exceção do regulador). s - densidade do gás em relação ao ar, igual a 132 para o propano e 2,01 para o butano I - comprimento total da linha em jardas (1 jarda = 3 pés = 0,9144 m) Observafüo: O consumo dos aparelhos é muitas vezes expresso em Btupor hora e não em pés cúbicos por minuto. Neste caso, adotar-se-ia a constante 3.400 em vez de 1.350 na fórmula (12.1), para se ter a capacidade em miihares de Btu. Exemplo: Um fomo consome umapotênciacalorífica de 200.000 Btu e é alimentado por uma linha de 15,2m (- 50 pés), havendo 4 joelhos curtos e um registro de gaveta. Qual deverá ser o diâmetro da tubulação? Solução: Como não conhec~;inoso diâmetro, não podemos ainda determinar os comprimentos equivalentes. Numa primeira aproximação, adotemos para comprimento equivalente 5 pés por joelho e 2 pés para o registro e teremos: 4 joelhos X 5 pés ............. 20 pés 1 registro de gaveta ........... 2 pés 22 pés Comprimento total I, = 40 + 22 = 72 pés ou I, = 72 + 3 = 24 jardas Adotemos, para valor de perda de carga, 0,6 pol. de c.a. Para Q expresso em Btu, temos

0.21047 = d" d = 0,732" oii d = 1 ,$h cm d = 314" = 1.90 crn

Vejamos como resolver o problema, usando a Tab. 12.2. Entrando com I, = 70 (que é o valor mais próximo de 72 na tabela), seguimos na horizontal até o valor da queda de pressão h, = 0.6 pol. de c.a. Na vertical, para baixo, procuramos o valor mais próximo de 200.000 Btu e achamos que é 232. Seguindo a horizontal, vemos à esquerda que o diâmetro correspondente é 314". Usa-se em geral a fórmula de Pole na determinação dos diâmetros dos encanamentos, quando a vazão do gás é dada em m3/hora. Fórmula de Pole (12.2)

Onde 8 = densidade do gás D = diâmetro do encanamento em cm L = comprimento do encanamento, em metros Q = descarga dos gás, em m3/h h = perda de carga total Considerando 6 = 2 e h = 10 mm de c.a., teremos

649

Gás Liquefeito de Petrvleo, CLP

Tabela 12.2 Valores para dimensionamento d e linhas d e GLP e m baixa pressão

LI Comprimento do tubo (pés)

1

Perda de carga admissível (pol. de coluna de água) I

I

tro do tubo C')

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Vazáo de GLP (milhares de BTU')

Exemplo: Qual o diâmetro do alimentador de GLP com 20 m de extensão, abastecendo três aquecedores Junkers W 125 KV 3/31 S 46A e um fogão de quatro bocas? Consumo de gás 3 aq. X 0,8 kgfth = 2,400 kgfh I fogão de 4 bocas = 1.O88 Consumo total = 3,488 kgflf

Tabela 12.3 Comprimentos equivalentes d e tubulacão, e m pés

/

Diâmetro O

I :'I% I

I

Curva ou Tê de passagem

d i a

I

Tê de saída aeral

I

Válvula globo de

I

Válvula gaveta de

650

Instalafões Hidráulicas Prediais e industriais

Convertendo para m",

temos

Como o diâmetro mínimo permitido para tubos embutidos é 112" (12,7 mm), adotaríamos esse diâmetro. Obsemação: Para tubulações aparentes, o diâmetro comercial mínimo é 318" (9,525 mm), que existe apenas para o tubo de cobre.

12.5.2 Tubulações para GLP sob alta pressão Usa-se comumente a Fórmula 12.4 para a determinação da vazão em linhas de alta pressão

onde Q, d, s têm o mesmo significado e as mesmas unidades adotadas no caso da fórmula para as tubulações de baixa pressão. O número 2.600 é uma constante aplicável quando empregadas as grandezas da fórmula, com as unidades já referidas. O compnmento 1 é, porem, expresso em pés e não em jardas. Vejamos o que significa0 fator h. A grandeza h é um símbolo representativo da queda de pressão, isto é, da perda de carga no trecho da tubulação de comprimento total 1. Sejam P,a pressão no início da tubulação e P, a pressão no fim da mesma, expressas em psi (pressão absoluta eni libras por polegada quadrada). Chamemos de

O fator (P, + Pl ) representa a soma das pressões absolutas no início e no fim da tubulaqão. isto é. a soma das pressões manométricas (relativas) com o dobro de pressão atmosférica (2 X 14,7 = 29,4 psi). (P, - P,) representa a perda de carga, dada tanto pela diferença entre as leituras das pressões manométncas, quanto pela diferença entre as pressões absolutas. Exemplo: Determinar « valor de h para uma tubula<;ãocuja pressão inicial é de 15 psig e cuja perda de carga admitida seja de 2 psig. Soma das pressões: Pressão inicial 15 psig 13 psig Pressão final 2 vezes a pressão atmosf. - 29,4 psi -

(P, + PJ

57,4psi

Perda de pressão admitida: (P, - P,)

=

2 psi h = 57,4 X 2 = 1 1 4 . 8 0 ~115

Exercício Um fomo industrial consome 1.000.000 Btu e deve ser aquecido com propano fornecido ao longo de uma linhade comprimento total de 60 pés, submetida a uma pressão no início da linha, de 10 psig. Determinar o diâmetro da tubulação, admitindo uma perda de pressão de 0.5 psi. Quando se fixa a potência calorífica (Btu) em vez da vazão em m3/hora, deve-se na f6rmula 12.4 adotar para a constante, no caso do propano, o valor 2.600 X 2,525 = 6.565. Note-se que Q é expresso em rnilhnres de Btu neste caso. Temos então: a) (P, + P,) = [I0 + (10.0 - 0,511 + (2 X 14.7) = 48,9 psi b) (P, P,) = 0,s psi c) (P, +P,) , (P, - P,) = 48,9 X 0,s = 24.45 = 25 = h -

-

Gás Liquefritu dr Prtróleu, GLP

651

1.000 = 6.565 40.2741 .r17 1.000.000 = 43.099.225 X 0,2741 . d' 1.000.000 i 11.813.498 = 8 0,084649 = d5 d = 0,610" = 15,5 mm, ou seja, tubo de 518" Como náo há tubo de ferro galvanizado com essa bitola, usar-se-ia o de 314" de diâmetro. Fórmula de Weymouth Tanto para o GLP gaseificado, quanto para o gás de rua ou de poços. muitos projetistas adotam a fórmula de Weymouth, conforme apresentada no catálogo da Walworth Company.

Sendo Q = Vazao (pés31h),iiiedida na presszo P,,e teinperatura T,, T,, = Temperatura de referência ("P absolutos, isto é. "F + 460) P,, = Pressão de referência. absoluta (psi) P, e PI = Pressões nos extremos da tubulação (psi) l i = Diâmetro interno d o tubo (pol.) y Densidade do gás em relação ao ar na temperatura de escoamento L' =Cumprimento total (real + equivalente) da tubulaç5o (milhas terrestres). Uma milha terrestre = 1.609 m Em condições normais de temperatura e pressáo. pode-se considerar T = To = 60°F + 460e P, = 14,7 psi, de modo que a fórniiila se reduz a

-

12.6 PROPRIEDADES FÍSICAS DO GLP Vimos que o GLP é uma mistura dos gases propano e butano. Vejamos algumas constantes físicas dos mesmos. Fórmulas químicas Propano: C, H, Butano: C, H,, Pressão de vapor a 100°F Propaiio: 175.8 psig laobutano: 57.5 psig N-Butano: 36.9 psig Volume de gás produzido ii temperatura de 6°F e na pressão atmosf6rica Propano: 0,537 ?,kgf Butano: 0,408 m k g f Quantidade de calor produzido com a queima Propano: 2 1.670 Btiillb 2.335 Btulpé cúbico lsobutano: 2 1.265 Btullb 3.354 Btulpé cúbico

652

Instaloçücs Hidráulicas Prediais e Industriais

Tabela 12.4 Propriedades termodinâmicas d o propano Temperatura

Pressão relativa

'C

'F - 75 - 50 - 30

-

LVolume especifico (pés cbnbl

Líq.

59.4

Calor latente (Btullb)

Vapor

190.0 183.2 178,8 173,9 171,s 167,2 166,3 163,4 160.3 156.5

- 45,6 - 34,4 - 23,3

I0 0 + I0 20 30 40 50 70 80 100 120 140 -

-

1

17,X

- 12,2

6,7 1,l 4,4 10,0 21,l 26,7 37,6 48.9 60.0

-

+

Calor total (Entalpia) (BtdIb) Liq. 65.5 90.2 101.0

Vapor 255,5 262.7 268,9 274.9 277.7 280.5

Tabela 12.5 Propriedades termodinâmicas d o b u t a n o Temperatura 'F 0 30 30

'C - 17,8 - 1.1

+ 4.4

Pressão relativa ípsig) 15,0 0.6 3.0

Volume especifico (pés cbnbl Liq.

Vapor

Calor latente (Btullb)

0.0259 1 0,02664 0,02689

11.10 5.90 4.88

171.5 165.7 163.8

-

Calor total (Entalpial (Btullb) Liq.

Vapor

103.8 1 19.2 124.2

275.3 284.9 288.0

Quantidade de calor para vaporizar o GLP líquido na temperatura de vaporização e na pressão atmosférica Propano: 183 Btullb Isobutano: 158 Btullb Densidade Propano: 0,508 Isobutano: 0,563 Temperatura máxima da chama do GI,P misturado com ar, sendo a velocidade de escoamento do gás num tubo d e 1" igual a 1 pol. por segundo Propann ': - 1.907-C N-Butano: - 1.867-C

A descarga de GLP de vagões-tanque ou caminhões para reservatbrios realiza-se com o auxílio de bombas. As instalações de bombeamento do gás liquefeito, conforme sua capacidade, classificam-se em:


653

12.7.1 Instalaçóes de pequena capacidade Destinam-se a encher reservatórios com capacidade de 2 a 100 gabes, e as bombas têm capacidade de até 15 gpm (= 1 I . S.'). Quando se pretende encher muitos reservatórios pequenos simultaneamenle, pode-se utilizar um bamilete de

distribuição, usando então bomba de capacidade média, compatível com a vazão desejada. As bombas empregadas são de deslocamento positivo. geralmente rotativas, de palhetas ou de engrenagem com crescente. Devem atender a uma pressão de 75 psig (5,25 kgf.cm-' ). A Fig. 12.11 mostra a instalaçáo para carregamento de botijões e cilindros, bombeando GLP de um tanque de suprimento.

Fig. 12.11 Instalaç5o de bomba de pequena capacidade para GLP.

12.7.2 Instalação de média capacidade São as que devem atender a uma vazáo de 20 a 50 gpm (1,26 a 3,15 1,s.') de GLP. As bombas são acionadas por motores de 3 a 5 cv. Esse tipo de instalação é o indicado para enchimento de tanques de capacidade superior à dos cilindros convencionais, salvo quando se enchem simultaneamente diversos cilindros com derivações de um banilete. A Fig. 12.12 mostra o enchimento de um tanque com GLP bombeado de um tanque principal de armazenamento. Observe-se o by-pass por onde retoma o excesso de GLP para o resmat6rio de abastecimento, uma vez que, usando-se bomba de deslocamento positivo, não se pode reduzir a vazáo com manobra de registro. No enchimento de tanque grande e caminhões-tanque, deve haver o b y - p s s , permitindo que o GLP, que se vaporiza durante a operação de bombeamento e medição, retome ao reservatório. Para o deslocamentodo GLP líquido de um tanque para outro, tem sido usadas instalações de ar comprimido em vez de instala~óescom bombas.

12.7.3 Instalaçóes de grande capacidade Operam deslocando vazões de GLP da ordem de 100 a 200 gpm (6,6 a 13,2 1,s-' ) e até maiores. Trata-se, portanto, de instalações para as estações de armazenagem e transferência de GLP.

12.8 INSTALAÇÓES DE VAPORIZA~ÃO DO GLP Quando o GLP é armazenado em grandes reservat6nos. para ser utilizado nos queimadores, deve ser previamente vaporizado ou, como também se usa dizer, gaseificado. A vaporização realiza-se pelo aquecimento do GLP em estado Liquido. Esse aquecimento pode ser obtido utilizando-se dispositivos que empregam serpentinas com água quente ou vapor de instalação existente, ou aquecedores de chama, obtida com a queima do próprio GLP. Naturalmente, esses vaporizadores de chama são fabricados e instalados atendendo a rigorosas especificaçõestécnicas e normas de segurança, sendo os projetos das estações de armazenamento e vaporização de GLP elaborados pelas empresas distribuidoras do gás liquefeito.

654

Instalaç5es Hidráulicas Prediais e Induçtriaiç

TANQUE DE ARMAZENAMENTO

Fig. 12.12 Esquema básico de transferência de GLP por bombeamenw. 1. Válvula de excesso de vazão 2. Luva 3. Válvula de bloqueio 4. Tê 5. Filtm 6. União

7. união 8. Tê 9. Tê 10. União 11. Filtro 12. Medidor 13. União 14. Válvula de pressão de montante 15. Conexão para mangueira 16. Mangueira 17. União 18. Válvula by-pass

19. VAlvula de bloqueio

20. VAlvula de excesso de vazão 21. Posiçáo de ligação de válvulade segurança pop-off Plug para tomada de tesr Plug para tomada de tesr Plug para tomadade test Plug para tomada de tesr

22. 23. 24. 25. 26. 27.

Válvula de bloqueio Mangueira 28. Válwla de bloqueio 29. Válvula de bloqueio 30. 31. 32. 33. 34. 35.

Tê

União Válvula de bloqueio Válvula de enchimento Válvula de retenção Luva

O GLPem estado líquido chega ao vaporizador numa pressão que pode variar de 40 até 100 psig. Uma vez vaporizado, sua pressão cai a 30 psig. Passa em seguida por válvulas redutoras de pressão. que baixam a pressão para 5 psig, com a qual o gás é distribuído, sendo novamente baixada a pressão. próximo dos aparelhos consumidores. A gaseificação se processa na quantidade exigida pela rede, obedecendo a uma pressão prefixada. Quando o aquecimento se realiza com vapor, a alimentação do mesmo ao vaporizador se faz com uma válvula de regulagem com piloto comandado pelo indicador de nível do vaporizador.

12.9 EXIGÊNCIAS QUANTO AS INSTALAÇÕESDE GLP Além das prescrições mencionadas nas páginas anteriores, devem ser observadas mais as seguintes: - Os cilindros ou bujões devem estar afastados, no mínimo, 1,5 m de tomadas, intenuptores, chaves elétricas. ou qualquer aparelho sujeito à centelha ou chama. - As cabines para instalação externa de cilindros devem ser de material não-combustível e afastadas no mínimo 1 m de portas, janelas ou outras aberturas do prédio. - A base dos cilindros deve ficar em nível mais alto que o do terreno. - Em tomo da cabine de-bujões ou cilindros deve ser mantida uma área de segurança com, pelo menos, 1.20m de largura, de modo'que nesse espaço não hajaqualquer instalaçao em nível mais baixo, capaz de armazenar o gás que escapar, uma vez que este t duas vezes mais denso que o ar e tenderia a acumular, oferecendo riscos de explosão. Portanto, nessa área não poderá haver fossas sépticas. caixas de inspeção, ralos, canaletas, caixas de gordura etc.

GÚs Liquefeito de Petróleo, GLP

655

12.10 EXTINÇÁO DE INCÊNDIO EM CABINE DE CILINDROS DE GLP Recordando o que foi dito no Cap. 4, o gás liquefeito de petróleo se enquadra na Classe B dos incendios. O combate a incêndio deve fazer-se com pó quíniico lançado com extinlor, sendo desejável que se use o chamado tipo de pressão injetável. O pó do extintor deve ser retirado a cada seis meses pelo pessoal de manutenção, para verificar se está empedrado. Caso positivo, peneira-se o pó e coloca-se de novo no extintor. Pesa-se a pequena ampola existente junto ao cilindro de p6, que serve para impulsionar o p6 para fora do cilindro. Compara-se o peso encontrado com o peso marcado na váivula da ampola. Se o peso encontrado estiver com uma diferença de mais de 10%da carga, deve-se mandarrecarregar a ampola. Esse serviço pode ser realizado pela equipe de manutençáo. Nos extintores do tipo pressurizado existe um manômetro na parte superior. Verificando-se pelo manômetro que o extintor está descarregado. deve-se imediatamente providenciar que o fornecedor o recarregue.

Livros e publica$& Handbook. Burano andpmpano &me.$.4. ed. Chilton Company. Los Angeles. Califomia. 1962. NB- 10711962. Instalacòes . vara . utilim~ãode aws liquefeitos de rieuóleo. P.\tI-65,1956 1 u h , tlchiieis de Iigajir's dc*unada, a gaw* liqurfritii\ de peuilsu. P-YB-óãil95h D i ; p ~ ~ i i ~ vdcu ssepurdnsa Je,iindJur à pruiydu de recipientes para(;LP P-NB-;O!lY50 In*wcão viwal a r i 6 d i ~ ado rccioirnie olua GLP. NB-98- 1966. A r m & e k e n t o ;manuseio de líq;idos iklamiveis e combustíveis. P-NB-156-1968, Amostragem de GLP. P-EB-2M119M. Esoecificacão oara aauecedores de eis instantâneo. de alta e baixa oressão. oara uso doméstico

.

-

(;AMBAZLA. Waltcr. "Sirtuniiir d;i Consrriiçao. Fngelec. 1978. Allariqa Mrtalúrpica S.A. Reguladores de g i s modelo industrial.

Fluido Térmico 13.1 CONSIDERAÇÕESGERAIS Existem operações industriais que necessitam de aquecimento em temperaturas que podem ultrapassar 300°C. Para conseguir temperaturas elevadas com o emprego do vapor d'água, existe um ceno risco devido aos valores consideráveis assumidos pela pressão. Assim, ao se usar vapor, precauções devem ser levadas em conta na elaboração do projeto, a fim de garantir a segurança exigida, o que redunda, afinal, em encarecimento da instalação. De fato, vimos no Cap. 9 que, para produzir vapor. por exemplo, h temperatura de 200°C. a pressão deve ser de 240 psi, isto é, de 16 kgf.-? cm , e à temperatura de 3 2 E , a pressão atinge 1.800 psi (120 k g f . ~ m ),- ~o que é realmente uma pressão elevada. Esse sério inconveniente de trabalharem certas operações industriais com o vapor em elevadas temperaturas e pressões é resolvido com o emprego dofluido térmico, também chamado óleo térmico. Os fluidos térmicos, isto é,Jluidos de transferência de calor, são fluidos orgânicos sintéticos com v&as designações, sendo muito conhecidos o Dowthenn e o Thennical, que podem ser aquecidos aelevadas temperaturas, digamos, até 300°C, com elevação de pressão muito pequena. O sistema de aquecimento com fluido térmico consiste em fazer o fluido passar no interior de uma serpentina de um aquecedor queimando 61eo combustível (ou 61eo diesel) e passando, em circuito fechado. pelo equipamento a ser aquecido (trocador de calor, reator etc.), voltando depois h serpentina. Uma bomba localizada no trecho da tubulação onde o fluido térmico se acha em temperatura mais baixa, após haver cedido seu calor ao equipamento, bombeia o fluido, de modo a possibilitar uma circulação continua. O gráfico da Fig. 13.1 mostra os limites de temperatura, as pressões correspondentes, e até onde se podem usar os diversos óleos térmicos indicados, operando na fase líquida. As pressões são as relativas (valores acima da pressão atinosférica). Verifica-se que, para certos tipos de fluido térmico, a elevação de pressão é insignificante. Os fluidos térmicos possuem elevado calor específico, baixo peso específico, elevada condutividade térmica, pequena viscosidade, ponto de ebulição elevado, e são quimicamente inertes. Os principais tipos de fluidos orgânicos térmicos são: a) hidrocarbonetos sintéticos usados para temperaturas até 400'C; b) Cteres poliaromáticos usados para temperaturas até 400°C; C) ésteres orgânicos usados para temperaturas até 232°C; d) glic6is polialquilênicos usados para temperaturas até 260°C; e) ésteres de silicatos usados para temperaturas até 350°C. O critério fundamental na escolha do fluido tCrmico é o da máxima temperatura de operação e do ponto de ebulição. pois das mesmas dependerá a durabilidade do fluido. Uma insiaiação de 61eo térmico oferece várias vantagens. Assim: - pode alcançar, como já foi dito, elevadas temperaturas. com elevação mínima de pressão; - não há problemas de corrosão na serpentina da caldeira, na tubulação e nos equipamentos; - o fluido térmico C de grande estabilidade e durabilidade, desde que o sistema seja projetado dentro das normas, e o fluido tenha sido corretamente especificado para a temperatura desejada; - consegue-se uma regulagem de temperatura fácil e precisa, graças h vazão de fluido bombeado. e não pela mudança na temperatura de saída do fluido do aquecedor. - não há necessidade de purgadores, e não ocorrem perdas similares aofish-steam ("vapor vivo"); - desaparece o problema de tratamento de água, existente nas instalações de caldeiras de vapor.

Fluido Térmico

~ L E OT ~ R M I C O

CAMPO

10°C

D O W I H E R M "A.

1OO0C

i

I

DE

EMPREGO

20O0C

I

657

*

300% I

350%

400°C

427'C

I

PAR&- C Y M E N E

F'ig. 13.1Campo de emprego dos óleos térmicos, de acordo wm a temperam; limites do campo de operação: msxima temperatura do filmede 61eo; ponto de ebulição do 61eo.

13.2 SISTEMAS DE AQUECIMENTO COM FLUIDO TÉRMICO O fluido tknnico pode operar nafase liquida, que 6 a que estamos considerando, mas pode ser usado também na fase de vapor. A operaçãona fase líquida tem as vantagens de requerer vasos e tubos de baixa pressão, de consumir menos energia, de oferecer maior segurança e empregar sistemas de controle simples. As desvantagens consistem na exigência do emprego de bombas e de maior volume de fluido. O sistema de aquecimento de fluido na fase líquida consiste basicamente nas seguintes partes: - Um aquecedor, contendo uma câmara de combustão de irradiação e uma serpentina,cuja superfície proporciona uma área de aquecimento considerável, que determina intensa convecção do óleo (Figs. 13.2 e 13.3). - Um tanque de expansão dotado de indicador de nível e válvula de segurança e de corte de fluxo, comandada por controlador de nível baixo. Tem por finalidade acomodar as variaçóes de volume do fluido que ocorrem durante o aquecimento e o resfriamento.

658

Instalações Hidriulicns Prediais e Industriais

Fig. 133Aquecedor Themomat tipo TH-VI1 - supercompacto da Tenge Industrial Limitada.

Dispositivos de segurança de nível de óleo. Limitadores de temperaturas, termostatos de modulação e limite. - Bombas para circulação do fluido térmico, do aquecedor aos equipamentos e de volta ao aquecedor. - Bomba de enchimento do sistema com fluido térmico e reposição quando necessário. - Tanque de armazenagem de óleo térmico. - Desaeradores, sendo um na linha de recalque e outro na de retomo. - A Fig. 13.4 mostra o esquema de instalação proposto pela Tenge Industrial Ltda., para os aquecedores de fluido térmico Thermomat, fabricados em São Paulo, segundo projeto da Geka-Warmetechnik, Alemanha. -

-

,-

-

¢,VEM

I - Aque,cedor 7 enge-tieka - Tanq ue de expansão 3 T a..n o,ue

2

-

4

5 6

- Bomba de circulaçac

- Desaerador - Bomba de enchimento

Fig. 13.4 Esquema de instalaçáo de aquecedor de 61eo t6rmico.

IMENTOS

ms

(

EOUIPIMENTOS

Fluido Térmico

659

Vejamos algumas modalidades de instalação de fluido térmico, entre diversas propostas pela ATA -CombustXo TTbcnica, para utilização dos aquecedores HC-LT-ATA-ECLIPSE, de sua fabricação. Os aquecedores HC-LT são de disposição horizontal e possibilitam que o fluxo $e gases, ao aquecer o fluido na serpentina, se realize em duas passagens, o que assegura grande eficiência. São fabricadosem modelos com capacidade de 75.600 a 3.000.000 kcayh.

1.' modalidade Trata-se de um sistema de fase liquidn com a instalaçáo de um iIniw equipamento de consumo de calor. A temperatura é controlada por uma válvula de três vias, que garante o fluxo necessário de fluido térmico através do aquecedor, devolvendo o excesso para uma tubulação de retomo. O conwle da temperatura do equipamento aquecido pelo fluido térmico 6 realizado pela operação automática de variação do fluido ou pela gradua~áoda chama do aquecedor, graças à admissão adequada de combustível. Na Fig. 13.5 acha-se representado o esquema, apenas com as partes essenciais típicas da instalação. 2.' modalidade Sistema com um único equipamento de consumo de calor, com um by-pass dotado de válvula automática comandada por um pressostato, de modo que o fluido térmico circule continuamente. Uma vez atingida a temperatura de regime do equipamento, o 61eo deve passar apenas por ele. A Fig. 13.6 representa esquematicamenteuma instalação desse tipo, podendo-se observar duas válvulas automiticas: uma no circuito principal, e outra para o ramal do tanque de expansão. 3.' modalidade Quando se tem vários equipamentosfuncionando em temperaturas diversas e há necessidade de um fina regulagem de temperatura, pode ser usado o sistema representado na Fig. 13.7. Suponhamos dois equipamentos: um funcionando à temperatura de 300°C e outro à de 220°C. Existe um circuito p r i m ~ ocom . uma bomba de circulação 1,no qual o diderencial de temperam geralmente é grande. Cada equipamentopossui um circuito secundário,com bomba e válvula automática funcionandopor efeito da variaçáo de temperatura do fluido, de modo a variar a descarga conforme a temperatura. Para se obter diferenciais bem precisos nos equipamentos, é necessário que o fluido térmico quente, vindo do aquecedor (digamos a 316°C). seja automaticamente misturado com o fluido que circula no circuito secundário.

I RESPIRADOURO

AQUECEDOR

BOMBA DE F L U 1 D 0 TÉRMICO

Fig. 135 Instalaçào de aquecimento com óleo térmico.

660

lnstalafiies Hidrbulicns Prediais e induslriais

RESPIRADOURO

Fig. 13.6 Instala@o de fluidotérmico com um equipamento apenas

Ai6m das bombas próprias a cadaequipamento (bombas 21, existe uma bomba principal 1que devolve ao aquecedor o fluido vindo dos equipamentos. Uma váiwla de controle de pressão C intercalada na linha, após as derivações para as bombas 2.

13.3 DADOS COMPLEMENTARES 13.3.1 Isolamento térmico Os fabricantes dos aquecedores de fluido térmico utilizam isolantes de diversas naturezas no revestimento externo dos mesmos, entre os quais o hidmssilicato de calcio com fibras de amianto. As tubulações e válvulas devem ser isoladas com os materiais mencionados no Cap. 9, ao tratarmos do isolamento das tubulações de vapor.

13.3.2 Bombas As bombas, por terem que suportar temperaturas elevadas do fluido térmico, devem ser bombas de processo criteriosamente selecionadas.

13.3.3. Dilatação térmica das tubulações As elevadas temperaturas do fluido tCrmico determinam dilatações consideráveis nas tubulações, devendo ser observados os mesmos cuidados de análise de flexibilidade referidos para as linhas de vapor.

Fluido TPrmico

661

Fig. U.7 Instalação de fluido t6rmico com equipamenlos em temperaturas diferentes,

13.3.4. Velocidade de escoamento do fluido térmico Adotam-se velocidades reduzidas no sistema de circuito fechado de fluido tkmico. tanto para tomar insignificante o efeito de erosão nas tubulações, quanto para assegurar uma transferência de calor eficiente nos equipamentos. trocadores de calor e reatores. A velocidade situa-se entre 2 e 3 m.s-' .

13.3.5 Controle automático Após a análise dos objetivos e dados da instalação, os fabricantes elaboram os projetos dos sistemas de comando, contmle e segurança dos equipamentos. Fornecem, além do aquecedor, as bombas, válvulas, sensores de pressão e de temperatura para regulagem da vazão, e um painel geral de controle.

13.3.6 Combustível para o aquecedor Os aquecedores podem ser fornecidos para a queima de 6leo diesel, bunker C, óleos combustíveis APF e BPF, conforme especificaçãodo comprador.

13.4 EMPREGO DO SISTEMA DE FLUIDO TÉRMICO São inúmeras as aplicações do fluido térmico em operações industriais. Mencionaremos algumas:

- Aquecimento de evaporadores. - Lavanderias e hospitais. - Moldagem de produtos plasticos e de borracha. - Aquecimento de autoclaves, agitadores,reatores, secadores em indúsuias químicas, processameutode tintas, resina -

e vernizes. Recipientes de aquuiimento a vácuo.

662

instillacões Hidráirlicas Prediais e lndirstrinis

- Tratamento de fibras, fixação de corantes, secagem, impregnação de plásticos em indústrias têxteis. Aquecimento de asfalto, tanto em usinas de asfalto quanto em carros-tanque e tanques de estocagem Aquecimento de fomos de secagem. - Aquecimento de rolos de calandras e cilindros secadores nas indústrias de papel e papelão. - Aquecimento de prensas. secadores e prensas para compensados de madeira. - Processamento de produtos alimentícios. -

Muitas outras aplicações poderiam ser acrescentadas a essa lista. As que foram indicadas revelam a importância do uso do fluido térmico.

13.5 VAPORIZADORES PARA FLUIDOS TÉRMICOS Quando a temperatura desejada for muito elevada, digamos 3S0°C, pode-se usar o fluido térmico vaporizado. A instalação, nesse caso, é semelhante a uma instalação de vapor d'água. O vapor de fluido térmico, após ceder seu calor latente, se condensa, retomando sob a forma Iíquida ao vaporizador, onde recomeça o ciclo. Há necessidade de uma linha de retorno de condensado e de dispositivos de remoção de vapores não-condensáveis e de controles de pressão e de segurança. A temperatura de operação do equipamento é controlada pela pressão: quanto mais elevada a pressão, maior o valor da temperatura de condensação. O sistema de fluido térmico vaporizado oferece as seguintes vantagens: - Controle uniforme de temperatura. - Reduzida despesa de manutenção mecânica. - Menor volume de óleo requerido (comparado com a fase líquida) As desvantagens são:

- Vazamentos difíceis de evitar. Devem ter um sistema de ventilação. Maior consumo de energia. Existem fluidos térmicos que podem operar tanto na fase líquida quanto na de vapor. como é o caso do Tliermicd VP- I da Monsanto, que opera na fase líquida até 2S4'C e, na fase de vapor, desde essa temperatura até 400°C. A ATA -Combustão Técnica S.A.. além de fabricar os aquecedores ATA-Eclipse para óleo térmico em estado Iíquido, fabrica também os vaporizadores ATA-Eclipse, com capacidade desde 75.600 até 2.016.000 kcallh e acima de 371 */ 400°C. -

Publiu@es HALTON. Roger, E. Use and application of synthetic organic heat úansfer fluids. Monsanto Indusuial Chemicals Co. - 2.' Seminhio de Utilidades. ABP - nov.77. ~ ~ u w & r 'Ilieriiioniai o GLa-Tcnge Aquwadorts para fluidor6rrni:u com rcrp.ntinas heli:oidair - A'I'A - C.irnhu\tào'IYinic~S A VaponmJure\ ATA-Filip*e p u d fluidi>\iémiro\ - A T A - Com~uri;lo'l'Ccnica S A.

Instalação de Oxigênio 14.1 CONSIDERAÇOESGERAIS O oxigênio, descoberto por Scheele e Priestley, teve sua existência no ar verificada por Lavoisier em 1777. É o elemcnto mais abundante na natureza. No ar atmosférico existe m?sturado a outros gases, na proporção de 21 W do volume total. É um gás, solúvel na água, incolor, i n d o r o e insípido. E indispensável a respiração e, portanto, à manutenfão da vida. É o cornburente de maior atividade, sendo por isso empregado em maqaricos. Altamente reativo, produz reaçóes exotérmicas e forma compostos com grande variedade de materiais. Liquefaz-se a-183°C na pressão atmosférica normal e a-1 62,3"C sob a pressão de 5.27 kgfmK2.O peso específico do 0, gasoso é 1.33 kgf/m3 na pressão de 1kgf.cm-?, enquanto o do OL líquido é de 1140 kgf.m-'. Pode ser obtido de várias maneiras: a) Em laboratórios: - pelo aquecimento de sais oxigenados como o clorato de potássio, em presença do bióxido de manganês, que funciona como catalisador; - pelo aquecimento de certos óxidos, como o óxido de bário; - pela hidrólise (reação com a água) da oxilita (peróxido de sódio); - pela reação do ácido sulfúrico sobre um bióxido; - pela eletrólise da água acidulada (pelo ácido sulfúrico) ou alcalinizado (pela soda cáustica). b) Industrialmente. O oxigênio é produzido industrialmente pelo processamento criogênico do ar. A criogenia, do grego krios = gelado, genes = gerar, 6 a tecnologia da obtenção e utilização de baixíssimas temperaturas. No ano de 1895, Carl von Linde liquefez o ar e, em 1902, conseguiu, pela destilação fracionada do ar líquido, obter o oxigênio. Atualmente, o princípio de obtenção ainda é o mesmo, porém introduziram-se aperfeiçoamentos nos equipamentos e o processo se realiza numa dupla coluna de destilaç%o,o que permite elevado rendimento no processamento. Durante o processo, se obtém simultaneaniente o nitrogênio. que é mais volátil.

O oxigênio é empregado na indústria, em maçaricos; na siderurgia, é usado nos altos fomos e conversores, enriquecendo o ar insuflado; na aciaria, em laminação e forjaria. É essencial no processo de oxidação dos hidrocarbnetos. É muito usado em indústria: químicas e petroquímicas. No saneamento básico é utilizado no tratamento de esgotos sanitários por "lamas ativadas". E ainda empregado na indústria farmacêutica, eletrônica e espacial. O oxigênio será, dentro de pouco tempo, utilizado em larga escala no processo de conversão do carviio natural em 6leo e gás mineral sintéticos. Em medicina, a ap,licação do oxigênio constitui a oxigenoterapia, realizada por meio do emprego de máscara, cateter, intubação ou tenda. E de eficácia decisiva no tratamento de asfixias, enfisema pulmonar, cianoses, estados de choque. intoxicação pelo monóxido de carbono, afogamento (coadjuvado com a respiração artificial). Durante as cirurgias, seu emprego é indispensável. E imprescindível em instalações hospitalares.

14.3 INSTALAÇÃO DE SUPRIMENTO DE OXIGÊNIO O oxigênio pode ser fornecido em cilindros portáteis, chamados tubos, balas ou cilindros, deslocáveis até o local de consumo. É desse modo que é empregado em pequenas oficinas e indústrias, em instalações hospitalares de modestas

664

Instninçfi~?~ Hidráulicas Prediais r Industriais

condiçóes ou em hospitais antigos. Tratando-se de hospitais, o cilindro é conduzido aos centros cinírgicos, aos quartos dos pacientes e outros locais onde se faz necesseo, como, por exemplo: - berçários (nas incubadeiras); - laboratórios; - sala de curativos; - enfermarias; emergência; - unidades de isolamento; - CTI (Centro de Tratamento Intensivo); - centro de recuperação. Em hospitais modernos, substitui-se esse incômodo e antieconômico sistema dos cilindros isolados por uma instalação centralizada de fornecimento de oxigênio através de uma rede de tubulações até os pontos onde seu consumo deva ser previsto. Nesses pontos se adapta o equipamento de utilização (mástara, tenda etc.). A localização dos pontos encontra-se detalhadamente apresentada no livro O Hospital e suas Instaluções, publicado sob os auspícios do Ministério da Saúde e preparado pelo Eng." :Iemique Bandeira de Mello e competente equipe de colaboradores. O Ministério da Saúde obriga a instalação central de oxigênio para hospitais com mais de 50 leitos. O emprego dos cilindros portáteis exige que a necessária redução da pressão elevada se realize com válvula adaptada no próprio cilindro, o que é sempre um risco. No caso da instalação centralizada, a redução da pressão é feita num banilete ( m i f o l d )reunindo vários cilindros ou distribuindo o oxigênio de um ou mais tanques de pressão, armazenados em locais que ofereçam a segurança necessária. A distribuição do oxigênio se efetua em baixa pressão, o que jh representa uma vantagem decisiva pela redução do risco. Uma válvula reguladora de vazão, ligada a tomada de oxigênio, permite aos médicos e auxiliares obter o oxigênio e graduar seu suprimento conforme as necessidades. A instalação centraiizada apresenta ainda a vantagem de economizar espaço ibte,mo, que seria destinado aos cilindros, economizar meihor o oxigênio e nêo provocar no paciente o desconforto psicológico que a entrada do cilindro de oxigênio em seu quarto ou enfermaria provoca. Nos cilindros, o oxigênio encontra-se em forma de gás, porém sob uma pressão de at6 150 atmosferas, sendo, portanto. grande a redução obtida com a válvula redutora de pressão (VRP). No caso de um manifold reunindo diversos cilindros, cada um tem 'ua VRP e os alimentadores têm válvula controladora de vazão. Junto aos pontos de consumo em hospitais, a uma altura de 1,50 m acima do piso, são colocados uma válvula medidora e reguladora de vazão e o acessório para controle da umidade do oxigênio que vai ser inalado. Uma siderúrgica, ou uma grande indústria petroquímica produzindo, por exemplo, óxido de etileno, cloreto de vinil, óxido de propileno. acetado de vinil, ácido tereftálico etc. justificam a instalação de uma fábrica de oxigênio no local, em função do largo consumo de oxigênio. Oxigênio líquido Em vez de se executar uma central de oxigênio constituída por cilindros portáteis ou tanques de pressão de média capacidade para oxigênio gasoso, prefere-se, no caso de instalações de médio e grande porte, usar depósitos para oxigênio Iíquido, que são abastecidos por caminhões-tanque especiais. O oxigênio líquido contido nos tanques é gasetjicado antes de penetrar na rede distribuidora. As vantagens do emprego de oxigênio líquido podem ser assim resumidas: a) O espaço exigido para est«cagem do oxigênio Iíquido é consideravelmente menor que o do oxigênio gasoso. Cerca de seis a sete vezes menor, para as pressões usuais de armazenagem de oxigênio líquido e gasoso. b) Menor custo de transporte, pela mesma razão mencionada no item anterior. O oxigênio Iíquido é fornecido em temperatura muito baixa, porém com uma pressão menor que a necessária para armazená-lo no estado gasoso, o que é outra vantagem.

14.4 DADOS PA.RA O PROJETO O projetista da instalação para oxigênio deverá receber os dados correspondentes ao consumo e a pressão nos locais de utilização. Tratando-se de instalação industrial, essas,grandezas são estabelecidas durante o preparo do fluxograma do processo. Para as instalações hospitalares, podem-se considerar os seguintes dados: a) Para cálculo da capacidade de annazenamento de oxigênio nos cilindros portáteis ou reservatórios especiais: -24 litros de oxigênio por leito e por dia. Os reservatórios devem ter capacidade para atender a 10 dias e são neces&os reservatórios de reserva de igual capacidade ou at6 maior, dependendo das facilidades de abastecimento. b) Para cáiculo dos diâmetros das tubulaçks, pode-se admitir que cada ponto de utilização consuma 15 Umin. Não existe critério definido sobre o fator de utilização a adotar em função dos pontos de consumo. Uma mera indicação é a fixação desse valor em 60%do consumo total, no dimensionamento do alimentador geral e do manifold.

Instalação de Oxigênio

665

14.5 MATERIAL EMPREGADO Os materiais são os tubos, conexões e acessórios. As tubulações hospitalares de oxigênio devem ser de cobre sem costura, com conexões de latão. Para instalações industriais de grande capacidade, os tubos são de aço-carbono, desde que a temperatura do gás esteja acima de - 20" C. A solda dos tubos de cobre e respectivas conexões deve ser de liga de prata "argentum 45 C D e a soldagem exige mãode-obra de comprovada competência, dada a responsabilidade do serviço. As válvulas de regulagem de vazão e de redução de pressão devem ser de bronze e de qualidade comprovada. Sobre as mesmas serão dadas indicações no item 14.6.3.1. As tubulações são embutidas na alvenaria ou, caso não se possa evitar, no concreto. Em reformas hospitalares, quando se faz a adaptação para uma instalação central, as vezes não se pode impedir que em alguns locais a tubulação fique aparente.

As linhas principais de oxigênio em instalações industriais são executadas em aço-carbono, observando-se, no projeto, que o oxigênio nessas linhas deverá estar em temperatura acima de - 20" C, para evitar que o material se tome quebradiço. As ramificações são executadas em cobre recozido.

14.6.1 Velocidade A Tab. 14.1 permite determinar a velocidade máxima permitida para o oxigênio em tubulações de aço-carbono, para uma temperatura máxima de 95" C. Os valores usualmente adotados para a velocidade são cerca de 50% inferiores aos valores constantes da Tab. 14.1. É comum adotar-se, na maioria das instalações, 6 a 8 m.s-' como valor da velocidade. Durante a fase de pressunzação das linhas, deve-se cuidar para que a mesma se faça lentamente, a fim de evitar que, nessa fase, ocorra rápida elevação de temperatura do oxigênio.

Tabela 14.1 Velocidades máximas em função da pressão intema em linhas de oxigênio

I

Pressão intema kgf.cm-=

I

Velocidade máxima p e r m i t i d r l

até 14

14.6.2 Vazão A vazão de oxigênio em tubulações é, em geral, calculada pelaHrmula 14.1, aplicável a gases em escoamento em regime isotérmico.

Nessa fórmula, as grandezas são expressas em unidades do sistema métrico e têm os seguintes significados e unidades: Q = vazão em peso (kgf.s-') g = aceleração da gravidade D, = diâmetro interno da tubulação (m) V, = volume específico do oxigênio (m3kgf)

666

lnsfalacõeç Hidráulicas Prediais e Industriais

V , = !h M

=

volume molecular peso molecular

M =32 V, 6 cálculado pela fbrmula de Van der Waals

P, = pressão de referência R = 0,084778 dmVg.mol."K

Ln = logaritmo neperiano T, = temperatura crítica do oxigênio ("K)

P, = pressão crítica do oxigênio (kgf.m-I, absoluta) P, = pressão no início da linha (kgfe~rn-~, absoluta) P, = pressão no final da linha (kgfxm-l, absoluta) L = comprimento da linha (m) f = coeficiente de atrito (adimensional) Para calcular f, calcula-se primeiramente o número de Reynold

sendo p o coeficiente de viscosidade dinâmica (centipoise) igual a 0,0204 centipoise para oxigênio a IWC. Se R, for menor que 2.000, o escoamento será em regime laminar e o coeficiente de atrito f se calcula pela fórmula

Se R, for maior que 2.000, o escoamento será turbulento e f se calcula pela expressHo -

-

-

= coeficiente de rugosidade absoluta = 45.72 x 10-6(m) para o tubo API.5 Lx Notemos que: - Temperatura crítica do oxigênio = 154.8"K - Pressão crítica do oxigênio = 50,t kgf.cm-I E

14.6.3 Acessórios Os principais acessórios das linhas de oxigênio são: - válvulas - filtros - instrumentos de controle

14.6.3.1 Válvulas Válvula de redução de pressão É usada após a saída dos "balões" e, nas estações de redução de pressão, a saída dos vaporizadores, quando são usados reservatórios com oxigênio Iíquido. O regulador de pressão é acionado automaticamente pelo oxigênio, na pressão de saída, e ajustado para que a pressão, a entrada, seja igual a soma da pressão desejada no final da linha, com as perdas de carga ao longo da mesma. Uma instmmentação adequada permite a ajustagem da válvula-piloto que aciona a válvula. 17álvulade bloqueio Usa-se válvula de globo para controle de vazão e para bloqueio do oxigênio. A válvula de bloqueio é indispensável quando se opera com baixas temperaturas, para impedir que passe para a linha oxigênio a temperatura menor que - 20" C, o que poderia ocorrer em razão de um acidente que viesse a conduzir o oxigênio dos vaporizadores à linha de distribuição. Usam-se, além das válvulas de globo, as de esfera. Válvula de regulagem depuxo Usam-se válvulas de globo para regulagem manual eventual e para permitir a purgação da linha através da tubulação de ventilação. Junto de cada aparelho de consumo deve haver uma válvula de globo ou de esfera. ou, ainda, de diafragma. Válvula de controle defluxo Controla automaticamente a vazão, sob a ação de dispositivos comandados pela atuação de sensores ou instrumentos apropriados. A válvula é. até certo ponto, semelhante a uma válvula de globo. Válvula de seguranp É indispensável uma válvula de segurança que proteja a instalação contra eventual sobrrpressão. Obsen,a~.ões: Não é permitida a instalação de válvulas abaixo do nível do solo, tanto em caixas quanto enterradas. - Náo se deve usar graxa ou lubrificantes em válvulas utilizadas em serviços com oxigênio. -

14.6.3.2 Filtros Convém instalarem-se filtros nas linhas de oxigênio, semelhantes aos usados em instalaçóes de ar comprimido: - antes de equipamento ou elemento do sistema, no qual a velocidade de escoamento seja elevada, quando houver risco dc lançamento de partículas de material contra a superfície do tubo. - antes de componentes que contenham partes internas móveis. antes de componentes do sistema nos quais a velocidade de escoamento não possa ser controlada. -

14.6.3.3 Instrumentos A instrumentação basicamente reduz-se a manômetros, colocados antes e depois das válvulas de reduçáo de pressão e nos reservatórios, termometros e medidores de var.io.

Para suportarem elevadas pressões, de até 176 k g f . ~ m -(250 ~ psi), e baixas temperaturas (- 180°C), os tanques indusde aco inoxidável, e aextema, o tanque secuntriais são construídos com paredes duplas, sendo a interna o tanque . primaiio, . dário,de aço-carbono. O espaço entre os tanques é, em muitos casos, preenchido comperlita a alto vácuo. A perlita é um mineral vulcânico granulado que, aquecido, aumenta em cerca de sete vezes as dimensões dos grãos, que passam a possuir inúmeros alvéolos, tomando-o um excelente isolante térmico. Os tanques possuem válvulas de alívio de pressão do tanque primário e de entrada do oxigênio Iíquido, além de manômetro, indicador de nível de líquido e acoplamentos. Convém notar que a capacidade útil dos reservatórios de oxigênio é de 85% de sua capacidade real. O tanque interno é ligado a uma linha de ventilação que entra em funcionamento quando a pressão interna do tanque ultrapassa a pressão de operação. Um regulador de pressão calibrado para I kgf acima da pressão de operação se abre, permitindo a passagem do gás, que se encontra numa temperatura muito baixa, até a linha de distribuição um pouco antes da localização dos vaporizadores. O Standard n." 566 do NFPA (National Fire Protection Association) estabelece as seguintes exigências quanto ao afastamento dos reservatórios de oxigênio Iíquido em terreno de consumidores. Distância entre a unidade de oxigênio e: - logradouros públicos: 15 m limites da propriedade (muros): 1,5 m abertura mais próxima em muros: 3 m - passagem de pessoas: 3 m - estruturas de material combustível: 15 m - edifício com paredes externas resistentes a fogo e dotado de sprinklers: 7,5 m -

668

jnstalacões H~draiilzcnsPrediais e Industriais

- aberturas para ventilação em locais abertos: 10,5 m - aberturas para ventilação em locais fechados: 22,5 m - materiais sólidos de queima rápida: 15 m - tanques de Óleo combustível acima do solo: até 3.800 1: 7.5 m maiores que 3.800 1: 15 m - materiais sólidos de queima lenta: 7,5 m - tanques de óleo combustível enterrados: 4,5 m - tubos de alívio ou aberturas de tanques de combustível enterrado: 12 m - tanques de produtos inflamáveis acima do solo: até 3.800 1: 15 m maiores que 3.800 1: 27 m - tanques de produtos inflamáveis abaixo do solo: até 3.800 1: 4.5 m maiores que 3.800 1: 9m - tubos de alivio ou aberturas de tanques de inflamáveis, enterrados: 15 m

- tanques de GLP até 140.000 1: 15 m - tanques de GLP maiores de 140.000 1:27 m

Onde houver parede corta-fogo, a unidade de oxigênio pode ficar a uma distância mínima de 1,5 m da mesma. O descarregamento do oxigênio líquido dos caminhões-tanque para os tanques dos usuários realiza-se com bombas centrífugas capazes de descarregar um caminhão-tanque no máximo em uma hora. Quando os pontos de consumo forem consideravelmente distantes dos tanques de oxigênio, como acontece com freqüência em siderúrgicas, há necessidade de bombear seja o oxigênio líquido (com bombas que podem ser centrífugas), seja o oxigênio gás (com compressores tipo Roots ou de palhetas).

A transferência do oxigênio dos tanques de armazenamento, nas instalações particulares, para os locais de consumo é realizada com o mesmo gaseificado, isto é, vaporizado, o que possibilita o escoamento em temperatura e pressão mais adequadas. A vaporização do oxigênio costuma ser feita de uma das seguintes maneiras: a) Usando vaporizadores afmosféricos. Consistem esses vaporizadores em tubos de aluminio aletados em contato com a atmosfera. O oxigênio que passa em seu interior recebe o calor do meio ambiente. Trata-se, pois, de trocadores de calor simples. A temperatura de saída do oxigênio é da ordem de 5°C inferior à do ambiente. b) Usando vaporizadores de vapor d'ógua. A mudança de estado do oxigênio líquido para gasoso se realiza no interior de uma serpentina imersa numa atmosfera de vapor. Suponhamos que num vaporizador, que deve atender a 1.200 m3h de oxigênio gasoso, o vapor d'água penetra a uma , a qual o calor total do vapor saturado seco é igual a 645.7 kcalikgf. A água ao sair do pressão igual a 2 k g f . ~ m - ~para vapolizador em estado líquido, acha-se submetida h pressão de 1 kgfcm-', e o calor total da água para esta pressão é de 99,l kcalkgf. Calculemos a quantidade de vapor necessária para vaporizar o oxigênio. supondo que o oxigênio entre a ~) se acha a - 250 " F (- 157 "C), sendo a potência calorífica do líquido igual uma pressão de 140psi (10 k g f . ~ m - quando aQ,=-31BtulIb. Ao sair, o oxigênio encontra-se na mesma pressão de 140 psi (10 kgf.~m-~), mas a 32 " F (O " C). Q2= 104 B t d b Vejamos as diferenças de entalpia: a) O vapor d'água fornece a quantidade de calor Q' = 645,7 - 99,l = 546,6 kcalikgf b) O oxigênio recebe Q"= 1 0 4 + 3 l = 135BtuAb Mas, 1 B t d b = 0,555 kcallkgf, portanto Q" = 135 x 0,555 = 75 kcaükgf Observando que o peso específico do oxigênio é igual a 1,33kgflm3. a 25-C e 1 k g f . ~ m de - ~pressáo, obteremos para a vazão do oxigênio: 1.200 x 1,33 = 1.5% kgfh Mas a quantidade de vapor necessário para vaporizar 1 kgfh de oxigênio é, como vimos, igual a 75 kcakgf e, portanto, para os 1.596 kgfh teremos 1.596 x 75 = 118.200 kcalth Como o vapor fornece 546,6 kcai/kgf, teremos necessidade de 118.200 + 546,6 = 216 kgfh de vapor d'água.

14.9 ESQUEMA BÁSICO DO SISTEMA DE ARMAZENAGEM DE

OXIGÊNIO LÍQUIDO A Fig. 14.1 mostra um esquema típico, vendo-se o tanque com paredes duplas, entremeadas com perlite. Em @ vê-se o engate para suprimento de oxigênio líquido vindo em caminhões-tanque e por meio de @ o oxigênio é lançado no tanque. Havendo necessidade de aumentar a pressão interna no tanque, recorre-se à derivação O - @ - 0.

VÁLVULA

DE REGULAGEY

DE

~ r ~ s s i o VAPORIZADOR

4

LINHA DE ALIVIO

t '.-:;,:

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.., :::;:.:

'..; ,.,;

.,::

0 T

N

O

U

E

0 x 1 o i m

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LIYITADORA T E Y P E R I T U R L

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VALVULA DC aCGuRA*CA

..... .. .. ....:. ..-.. . . .. :... . :,.:.:. . . .

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E N G A T E

V6

DE

v6

P A R A

&VAS*@

b o R s N o

C A M I N H O E S - T A N O U E

D E O X ~ ~ ~ NL ; IO UOI O O

Fig. 14.1 E s q u e m a de armazenagemde oxigênio líquido.

P R E S S A 0

670

Instalações Hidrdulicas Pwdiais E Industri~lis

A linha @ contbm uma válvula de segurança O e um disco de mpnira 0, de modo a assegurar proteção contra excesso de pressão. O oxigênio líquido sai do tanque pela tubulação 0 ,passa pelo vaporizador @ e em seguida por uma estaçáo de regulagem de pressão 0,seguindo para o consumo. No diagrama são vistas as válvulas de segurança (VS), as válvulas de redução de pressão (VRP), a válvula de retenção (VR) e as válvulas de globo (VG).

14.10 PROTEÇÃO DAS TUBULAÇÕES PARA OXIGÊNIO As tubulações que conduzem oxigênio devem ser cuidadosamente protegidas contra agentes destmidores de natureza mecânica e eléirica.

14.10.1 Proteção mecânica As tubulações devem ser soldadas. Se enterradas, precisam receber um recobrimento que as proteja contra cargas acidentais, como, por exemplo, a passagem de veículos. Devem ficar convenientemente afastadas de linhas que conduzam fluidos perigosos em contato com o oxigênio, ou que contenham gases quentes, e de pontos de saída livre de vapor.

14.10.2 Proteção catódica A tubulação de oxigênio enterrada deve ter proteção catódica adequada. A união de trechos de tubula~ãoaérea ligados a trechos enterrados deve ser feita com juntas isolantes, de modo a separar o trecho aéreo do que possui proteção catódica, isto é, do trecho enterrado. As juntas mecânicas em trechos aéreos devem ser ligadas e aterradas, de modo que a carga elétrica seja escoada para a terra e não se acumule na linha.

14.11 INSTALAÇÃO HOSPITALAR TÍPICA Na Fig. 14.2 acha-se representado um esquema de instalação central de oxigênio para um hospital, vendo-se os reservatórios de oxigênio líquido dotados de gaseificador. O alimentador dá derivações para diversos pavilhões do hospital. Na

Tabela 14.2 T a n q u e s de pressão d a S. A. White Martins para oxigênio líquido 92-VCC fixo

AT-25 fixo LC-3transportável Equipamento cilíndrico 915 x 2.070

cilíndrico 500 x 1.470

Dimensões ímm) Capacidade (m') vazão

cilíndrico 1.524 x 3.760

em 10 horas 8.5 m3 em 5 minutos

em 10 horas

75

25 a 150

r

8.W I

I

I

diâm. 3.320

2.550

708

85 I

310-VCC fixo

85 a710m1h

85 a 2.800 mi/h

dependendo do gaseificador

dependendo do gaseificador

20 a 160

20 a 160

Tempo de para& sem perdas (ho-

Pressb de trabalho (psi) Pressão inter-

200 (máxima) Espaço necessátio (m)

1

Poinel Indicodor de Prersõo

Tomodoi CTI

QUARTOS

BERÇARIO

ENFERMARIAS

J

Nvdlvula LABORAT~RIO

ENFERMARIAS

C

EMERG~NCIA

CURATIVOS

-

-

Poro outro Povilhão

Poro outro Povilhão Painel de Alorme

w

PORTARIA

o x i o i ~ i oL ~ Q U I D O

GASEIFICADOR

Fig. 14.2 Esquema parcial de instalação para oxigênio em hospital

672


portaria existe um painel de alarme capaz de detectar vazamentos e acusar insuficiência de suprimento pelo esvaziamento do tanque, a fim de ser posto em açáo o tanque de reserva. Cada ramal servindo a um setor do hospital deve poder ser isolado com válvula de bloqueio.

MELLO, Henrique Bandeira de, e outros. O hospital e suas i n s r ~ l ~ ç ~Ministério es. da Saúde. -. Projeto de m m s disciplinadoras dar c o n r f n ~ ~ õhospitalares. es Minist?rio da Saúde. Especificap3es da S. A White Martins. Especificqks da Linde A. G. Especificaçks da Aga S.A. CASTIGNANI, Anstides. Sirrema de esrocagem e disrribuiçao & okigènio. 2."Seminário de Utilidades -ABP - nov. 1977. WATSON, R.W.; HALL R.G. e REDFEARN. S. L.The role of indwfrial gaies in rhe Perrochernical Indusf>y.2' Seminano de Utilidades -ABP nov. 1977. SENESKY. lack. Safe Storage and Handling of Compssed Gases. Revista Planl Engineering, December 27, 1979. Mc WHIRTER,1. R. Thc w e of High-puriiy Orygen in the Acrivated Sludge Process. Volume 11. CRC &ss, Inc. West Palm Beach. Fiorida. 1978. BRUMARK Com. Ind. e RepresenLações Ltda. Analisador de oxig&nio.

Materiais Empregados em Instalações 15.1 CONSIDERAÇ~ESGERAIS Nos capítulos anteriores. indicamos os materiais mais empregados em cada gênero de instalação que estava sendo tratado. Como complementação, apresentaremos neste capftulo a descrição e indicação das dimensões de outros materiais que, pela sua importância, convém sejam apresentados, de modo a facilitar o trabaibo de coligir dados para o projeto. elaborar os desenhos e redigir as especificações knicas. (Para maiores detalhes, deverão ser consultados os catálogos dos fabncantes, alguns dos q u i s se acham mencionados na bibliografia deste capítulo.) Podemos classificar esses materiais em: - tubos; - conexões; - válvulas. Essas três cateeorias de materiais abrangem " " uma enorme variedade de tiws. dada a diversidade de fluidos encontrados em instalações e as amplas faixas de pressão e temperatura com que podem vir a ter que operar. Selecionaremos os mais comumente usados, pois uma classificaçãopormenorizada e uma descrição detalhada dos inúmeros tipos implicariam uma longa exposição e atranscrição de numerosos catálogos relativos aos mesmos.

15.2 TUBOS Os tubos de que trataremos a seguir são apenas os de:

- aço-carbono (carbon-steel); - cobre (copper); - PVC (cloreto de polivinil); -

ferro fundido (cast-iron); chumbo (lead); fibra de vidro com plástico.

15.2.1 Tubos de aço-carbono para condução de líquidos (pipes) Encontram-se A venda diversos tipos, obedecendo ?ts normas do DIN, da ASTM e do PEB-18U1973da ABNT. O Ptojeto de Especificação Brasileira 182 prevê quatro classes de tubos de aço, que são: - Pesada (P); - Média (M); - Leve I (L-I); - Leve I1 (L-11). Os tubos de aço podem ser: - soldados (welded pipe), isto é, com costura; de topo (bur weld) ou sobrepostos (lap weld); - sem costura (seamless pipe), obtidos por: - Iaminação (rolling) - caso dos tubos Mannesmann e da Companhia Sidetúrgica Nacional; - exhusão - (extmion) -Mannesmann S.A.; - fundição - (casring) - para aços especiais; - forjagem -mrging) -Conforja S.A. Vejamos alguns dados sobre os iubos classe média e classe pesada

674


a) Tubos prelos e galvanizudos classe M do PEB-182 da ABNT, ou DI 2440. (Tab. 15.1) São de aço-carbono, de baixo teor de carbono, chamados classe média (M). Podem ser fabricados soldados ou não Pressão de ensaio = 32 kgf . cm-'. Emprego: água, gás, vapor, ar comprimido. É designado pelos instaladores como tubo deferro galvanizado. Comprimentos: tubos pretos de 4 e 8 m; galvanizados, 4 a 7 m, em geral, 6 m. Pontas: lisas ou rosqueadas (rosca Whitworth). Tabela 15.1 T u b o s de aqo galvanizados e pretos PEB-182, Classe M, o u DIN 2440 Pesos teóricos

-

Diâmetro interno nominal pol.

mm

'A

8 1O

3:s

Com luvas Diâmetro externo mm 13,s 17,2

Sem luvas

Espessura da parede

Galv.

Preto

Galv.

Preto

mm

kgflm

kgflm

kgflm

kgflm

2,35 2,35

0.700 0.918

0,654

0,696 0.912

0,650 0.852

0,858

b ) Tubo preto classe pesada ( P ) segundo PEB-182 da ABNT uu DIN 2441.(Tab. 15.2) São tuh0.7 soldados ou sem costura. para serviço de vapor, ar compriniido e gás. São conhecidos como tubos de a p para vapor. Pressão de ensaio: 40 kgf - cm-'. Comprimentos iguais aos dos tubos conforme o DIN 2440, referidos no item anterior. Fornecidos com rosca e luvas, em ~(imprimentosde 4 a 7 m; em geral de 6 m. Tabela 15.2 T u b o s DIN 2441 pretos (pesado), PEB-182, Classe P Pesos teóricos Diâmetro interno nominal

Diâmetro externo

Espessura da parede

Com luvas

I

kgfim

Sem luvas

I

kgflm

I

675

Materiais Empregados em InstalaçUes

C) Tubos de aco sem costura Mannesmann para instalações comuns. São fabricados em dois tipos: Schedule 40.Corresponde a antiga designação do Standard "S", isto é, ao 40 S e à Classe Normal, Série 40 do PEB331 da ABNT. Obedecem as especificações da ASTM A-53 (qualidade média, uso geral), A-106 (alta qualidade, temperaturas elevadas), A-1 20 (baixa qualidade) Gr. A e B. O Schedule Number é uma grandeza usada para classificar as espessuras ou pesos dos tubos em séries, e é obtido dividindo-se o valor de 1.000 vezes a pressão de trabalho P expressa em psig pela tensão admissível S do material em psi, isto é, Sch.

=

O Schedule Number é, pois, um número de série, e a série compreende os números 10,20, 30.40,50,80, 100, 120, 140 e 160. Os tubos sch. 40 são usados para tluidos com temperaturas médias, obedecendo às especificações da ASTM A-53, e elevadas, obedecendo às da ASTM A-106 e A-120. Comprimentos: 4 a 8 m. A ponta do tubo pode ser lisa ou chanfrada, ou, ainda, rosqueada, para receber luva ou conexão. Pressão de ensaio: 50 kgf . cm-'. Os tubos de grade A são de aço de baixa taxa de carbono e têm carga de ruptura de 3.300 kgf . e os de grade B, de 4.100 kgf . ~ m - sendo ~ , de aço de carbono médio. Schedule 80 (80 S). Corresponde ao antigo XS (Extru Stmnx). Obedece às normas da ASTM A-53. A-106, A-120, GrAeB. Pelo PEB-33 I da ABNT são designados por tubos de classe reforçada, Classe R -Série 80. Comprimento de fabricação: 2 a 7 m. Rosca Standard Americana ASA B2-1945, cone 1: 16. Para se ter o peso teórico dos tubos galvanizados, deve-se aumentar de 7% o peso teórico dos tubos pretns. Os tubos A- 120 não devem ser usados para vapor, hidrocarbonetos e fluidos tóxicos, inflamáveis ou sob pressão. Podem ser usados para igua, ar comprimido e gáa, em temperaturas ahaixo de 200°C. Os que obedecem à ASTM A-53 em geral são mais usados que os A-106, por serem mais baratos.

Observaflo quanto aos diâmetros dos tubos d e aço Os tubos sáo designados pelo seu didmetro nominal. Os diâmetros nominais nos tubos de 118" a 12"não correspondem a nenhuma dimensão física do tubo, porem nos de 14" até 36" coincidem com o diâmetro externo do tubo. Para cada diâmetro nominal, o diâmetro externo é sempre o mesmo, mas o diâmetro interno varia, de acordo com a espessura da parede. Nas Tabs. 15.3 e 15.4 vemos, por exemplo, que o tubo de diâmetro nominal de 10", no caso do sch.

Tabela 15.3 Tubos Mannesmann sem costura Sch. 40 (40 S) ASTM (A-53 A-106 A-120 Gr. A e 8) Diâmetros nominais Interno pol. % 3/s

'h

W I I 1 2 2 3 3 4 5 6

8 10 12

'h i/2

% %

Externo mm pol. 0,540 0.675 0.840 1,050 1,315 1.660 1,900 2,375 2.875 3,500 4,000 4,500 5,563 6,625 8,625 10,750 12.747

13.7 17.2 21.3 26.7 33.4 42.2 48.3

60,3 73,O 88,9 101,6 114.3 141.3 168.3 219.1 273.0 323.8

Pressão de ensaio em Lbflpol' (psi) Espessura da parede pol. mm 0,088 0,091 0,109 0,113 0,133 0.140 0,145 0,154 0,203 0,216 0.226 0,237 0,258 0,280 0,322 0,365 0.375

2.24 2,31 2,77 2.87 3-38 3.56 3.68 3,91 5.16 5.49 5.74 6.02 6.55 7.11 8.18 9.27 9.52

Peso teórico com luvas Iblft kgflm

Peso teórico sem luvas Iblft kgflm

0.44 0.59 0.87 1.16 1.72 2.31 2,81 3,76

0,66 0.88 1.29 1.72 2.56 3,45 418

5,90 730 9.50 11.30 15.23 19.90 30.00

8,76 11.60 14.11 16.81 22,67 29,59 44,66

-

-

0.42 0.57 0.85 1.13 1.68 2.27 2.72 3.65 5.79 7.58 9.1 1 10.79 14.62 18.97 283 40,48 49.73

5,60

0.63 035 1,27 1,68 2,50 3,38 4.05 5.43 8.62 11,28 13,56 16,06 21,76 28,23 42.49 60.23 74.00

A-53 e A-106 GrB Gr A

A-120 Gr B GrA

700 700 700 700 700 1.000 1.000 2.300 2.500 2.200 2.000 1.900 1.700 1.500 1.300 1.200

700 700 700 700 700 1.100 1.100 2.500 2.500 2.500 2.400 2.200 1.900 1.800 1.600 1.400

700 700 700 700 700 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.200 1.200 1.200 1.200 1.300 1.200

700 700 700 700 700 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 1.300 1.300 1.300 1.300 1.600 1.400

-

-

1 IMI

-

676


Tabela 15.4 T u b o s Mannesmann s e m costura Sch. 80 (80 S) ASTM A-53 - A-106 - A-120 Gr. A e B Diâmetros nominais Interno Externo mm pol. pol. 13.7 'A 0.540 17,2 JA 0.675 0.840 21,3 $5 1.050 26.7 % 33.4 I 1.315

Pressão de ensaio em Ibf/po12(psi) Espessura da parede mm pol. 3.02 0,l 19 0,126 3,20 0,147 3,73 3,91 0,154 4,55 0,179

Peso teórico com luvas lblft 0,56 0.76 1.11 1.50 2.22

kgflm 0.83 1.13 1.65 2.24 3.31

Peso teórico sem luvas lblft kgflm 0.54 0.80 0.74 1.10 1,09 1,62 1.47 2.19 2.17 3.23

A-53 e A-106 GrA Gr B 850 850 850 850 850 850 850 850 850 850

A-120 Gr A 850 850 850 850 850

Gr B 850 850 850 850 850

40, tem espessura de 9,27 mm,enquanto no sch. 80 a espessura é de 15.09 mm. É importante notar que o diâmetro nominal de 10"corresponde a 273 mm e n2o à medida real de 10". que é igual a 254 mm. d) Tubos galvanizados epretos leves Clri.sse I sern costura. Fabricados pela FORNASA, sob a designação de VOL-RED BS-1387. (Tah. 15.5) Pressão de ensaio: 25 kgf . ~ r n - ~ . Comprimentos: 6 m. Rosca cônica BS-21. Emprego: água, gás, óleo. Existem, ainda, vários outros tipos especiais de tubos, como os de aços-liga e aços inoxidáveis, dc aplicação restrita a processos industriais. São fabricados pela Aqos Inafer S.A., pela Dutex Tubos Inoxidáveis, pela Lozango S.A. e outras indústrias.

Tabela 15.5 Tubos VOL-RED d e aço com costura Diâmetros interno

externo

Pesos teóricos Espessura da parede

galv. kgflm

preto kgflm 0.58

15.2.2 Tubos de ferro fundido Fizemos referência aos tubos de ferro fundido cinzento ou lamelar utilizados em esgotos saniiários no item 2.5.1 I

Materiais Empregados em Instalações

677

15.2.3 Tubos de ferro dúctil O ferro fundido dúctil, também designadoferrofundido nodular, 6 obtido pela introduçáo controlada de uma pequena quantidade de rnagnésio num ferro fundido com baixos teores de enxofre e f6sforo. O carbono se deposita na massa sob a forma de esferas, o que determina uma estrutura muito mais uniforme e resistente que a vdcada no ferro fundido cinzento. em que o carbono toma a forma de veias ou escamas. A resistência à tração do ferro dúctil 6 de 40 kgf/mm2, enquanto a do ferro fundido cinzento é de 18 k g f l d . Esta resistência mecânica, aliada ã boa resistência à corrosão, tem levado o ferro dúctil ou nodular a ser especificado nas instalações com líquidos sob pressão; nas linhas adutoras de água bmta; nas subadutorase redes distribuidorasde água potável; em projetos de irrigação; em estações de bombeamento; estações de tratamento de água etc. Nas grandes metrópoles, são cada vez mais utilizadas as canalizações de ferro dúctil em coletores e linhas de recalque de esgoto sanitário urbano. Nesta aplicação, são particularmente apreciadas as seguintes vantagens: rigidez e resistência aos choques e às cargas ovalizantes (carga do terreno, cargas rodantes etc.); resistência h pressão, especialmente em caso de golpes de aríete em canalizações de recalque. Os tubos de ferro dúctil de ponta e bolsa com junta elástica são especialmente indicados para: canalizações adutoras e subadutoras de água; redes urbanas de distribuição de água potável: projetos de irrigação; canalizações de esgotos urbanos, sobretudo em linhas de recalque; canalizações de água e redes de incêndio nas indústrias. Junta elástica A junta elástica - utilizada tanto para os tubos como para as conexóes e as válvulas de gaveta Barbará - é uma junta de borracha. de montagem deslizante, constituída pelo conjunto formado pela ponta de um tubo, pela bolsa contígua de outro tubo ou conexão e pelo anel de borracha. (Fig. 15.1). A estanqueidade é obtida pela compressão do anel de borracha entre a ponta de um tubo e a bolsa de outro. Na parte interna da bolsa tem-se: um alojamento do anel (a) situado logo na entrada da bolsa, o qual 6 limitado por um batente circular (b) que evita o deslizamento do anel para o fundo da bolsa; * um compartimento (c) posterior ao batente do anel que possibilita os deslocamentos angulares e longitudinais dos tubos. Para a montagem da junta elástica, basta fazer penetrar à força a ponta do tubo na bolsa contígua, estando esta já munida do anel de borracha. Para maior facilidade de penetração, deve ser utilizado o lubrificante Barbari.

Vantagensdajunta elástica FACILIDADE DE MONTAGEM A junta elástica utiliza um único acessório: o anel de borracha. As operações de montagem são simples e não requerem mão-de-obra especializada.

MOBILIDADE A junta elástica permite dilatações de vários centímetros e deflexões que facilitam a adaptação da canalização ao traça.do, limitando o emprego de conexões. ISOLAMENTO ELÉTRICO Os anéis de borracha isolam eletricamente os tubos entre si, ESTANQUEIDADE A junta elástica é totalmente estanque devido:

- ao pefil interno da bolsa, estudado para evitar qualquer deslocamento do anel de borracha -seja durante a montagem, seja sob o efeito da pressão interna;

- ã forte compressão radial do anel de borracha. Classes de tubo de ferro dúctil A classe, ou série do tubo, é caracterizada pela letra K seguida do número inteiro 7 ou 9; então temos a Série K-7 e K-9. Os tubos da Série K-7 têm menor espessura e, portanto, menor peso que os da S6ne K-9. As Figs. 15.6 e 15.7 mostram as dimensões dos tubos de ferro dúctil Barbará com ponta e bolsa. Os tubos de ferro dúctil flangeados podem se apresentar com os flanges fundidos com o próprio tubo, como mostra a Fig. 15.4, ou rosqueados, de modo a receberem os flanges, que naturalmente também devem ser rosqueados (Fig. 15.5). A Fig. 15.6 mostra os fxês tipos de tubo de ferro dúctil Barbará.

678


I A JUNTA ELASTICA BARBARA Anel

-

Fig. 15.1 Montagem da junta elástica da Barbar&

I-

L

1

Fig. 15.2 Tubos de ferru dúctil, com revestimento interno, da Barbará.

Os hibos obedecem gs seguintes normas brasileiras:

NBR 7663 TUBO DE FERRO FUNDIDO DÚ(-TIL CENTRIIWGADO PARA CANALIZAÇ6ES SOB PRESSÃO. para os tubos das classes K-6,K-7e K-9,nos diâmetros nominais DN 50 e DN 1.200.


Tabela 15.6 Tubos junta elástica-

679

Classe K-7

NBR 8318 TUBO DE FERRO FUNDIDO D Ú C I U CENTFUFUGADO PARA PRESSÃO DE 1 MPa, para os tubos de classe 1 MPa, nos diâmetros nominais DN 75 a DN 300. A junta e i á s h obedece is nonnas brasileiras. NBR 7674

JUNTA ELASTICA PARA TUBOS E CONEXõES DE FERRO FUNDIW DÚCIU. NBR 7676 ANEL DE BORRACHA PARA JUNTAEL~STICAE MECÂNICA DE TUBOS E CONEXÕES DE FERRO mDlDO D Ú E CINZENTO. ~ O revesümento interno de cimento obedece h norma brasileúa: NBR 8682 REVESTIMENTO DE ARGAMASSA DE CIMENTO EM TUBOS DE FERRO FUNDIDO DÚCI'IL.

REVESTIMENTOS REVESTIMENTO INTERNO Todos os tubos em fabncqáo normal são revestidos internamente w m argamassa de cimento aplicada por centrifugação. O cimento usado normalmente na preparação da argamassa é um cimento de alto-fomo AF-320, conforme a norma ABNT-EB 208. Com acordo prévio, uma demão de seal coar preto pode ser aplicada no revestimento de cimento. As espessuras do revestimento de cimento são conforme a norma ABNT-NBR 8682.

m-l/!& C DI

Flg. 15.3 Tubo de fmdúctil da Barbará.

680

Inçtalaç8es Hidrdulicas Prediais e Industriais

Tabela 15.7 Tubos junta elástica CORPO Diâmetro Nominal DN

Comprim,ento Util Médio L

I

-Chsse K-9 de um hibo

e

DE

DI

P

C

(feno)

S6

Total com Cimento

Fem

+

-

JL. I

I

-.

-.

I

MASSAS &DIAS

BOLSA

-- -.--

4

Fig. 15A Tubos flangcados.

COM DOIS FUNGES A b m . lu 12 FL COM F U N G E E BOLSA Abnv. TK 12 FB COM U N G E E W N T A A b m . TK 12 FP

Mg. 15.5 Tubo wm flangcs msquudos da B M .

por mehm

S6 Fenu

Total com Cimento

Materiais Empregados em Instalaçdes

681

TUBOS COM FLANGES T M O COM W I S F U N G E S

-

TUBO COM F U M E E W N i A

TUBO COM FLANGE E B O W

Flg. 15.6 Tubos Barbará de ferro dúctil.

REVESTIMENTO EXTERNO Pintura betuminosa. Outros tipos de revestimento -tanto interno como externo -podem ser aplicados conforme destino do produto. Consultar a Barbará. Assentamento em solo com características não usuais poderá exigir revestimentos especiais.

15.2.4 Tubos de PVC rígido No Cap. 2 fizemos referência aos tubos e conexões de PVC utilizados em instaIa@es de esgotos sanitários. Vejamos a seguir os tubos empregados em instalaçks com líquidos sob pressão. Os tubos de PVC oferecem vantagens que os recomendam, desde que o líquido ou o ambiente não estejam em temperatuni superiora MpC e a pressão de serviço sejano máximo igual a 7,s kgf cm-" 0 que corresponde aos tubos Classe 15. O tubo Classe 15, também chamado Classe A, é aquele ensaiado na fábrica com pressão de 15 kgf .cm-'; o tubo Classe 10 é ensaiado com 10 kgf . ~ m - e~assim . por diante. A classe é caracterizada, portanto. pela pressão de ensaio.

.

-

Tabela 15.8 Tubos d e PVC rígido Série A Tubos para instalaçóes prediais Dimensões e pesos (20'C) Pressão d e sewifo 7,5 kgflcm2 Tabela 11 Tabela I Tubos com juntas msqueáveis Tubos com juntas solithias

-

DiPmetm Tolerância Diâmeho Espessura Tolerância Refe- sobre diâmetro sobre espessu- externo minima de Peso médio externo externo médio ra mínima de médio parede (e) aproximado médio n mm mm kgflm mm mm paredemm cia

Espessura mínima de Peso médio parede (e) aproximado mm kgVm

682

Instalações Hidrbulicas Prediais e Industriais

Tipos de tubos de PVC Os tubos de PVC são fabricados obedecendo a especificaçáo brasileira EB-18311972 da ABNT, e os usados em instalações prediais são os da Série " A . Existem tubos de PVC: - com ponta e bolsa, empregando anel de borracha -PB.A. Para uso até 6 kgf . cmP, na Classe 12, e 7,s kgf . cm-', na Classe 15; - com ponta e bolsa, para soldar -PBS. São mais indicados para instalação predial; - com junta flangeada -F. Usados em instalações aparentes e onde seja prevista necessidade de desmontagens; - com extremidades lisas, para serem rosqueados com o emprego de tarraxa e receberem conexks rosqueadas. ou, então, sem rosca, para serem soldados a conexóes também sem rosca. Enh-e os fabricantes de tubos de PVC, podemos citar: - Companhia Hansen Industrial S.A. (Tubos Tigre); - S.A. Tubos Brasilit; - Plásticos BEST; - Plastin, Plásticos Industriais; - Plastidutra Plásticos, Ind. Ltda.; - Dayco do Brasil Ind. e Com. Ltda.

15.2.5 Tubos de cobre Os tubos de cobre são particularmente recomendáveis em instalações de água quente e água gelada. sendo excelente opção quando as considerações de custo ou os recursos disponíveis viabilizem seu uso para a distribuição da água fria. Em instalações industriais, o tubo de cobre é muito usado, seja nas instalaçóes de frio e condicionamentode ar, seja nas de oxigênio, gás, vácuo, ar comprimido, instmmentação etc. Essas múltiplas aplicações devem-se as propriedades do cobre, entre as quais sobressaem: - ausência de formação de incmstaçóes por oxidação; - elevada condutibilidade térmica; - resistência química regular; - boa resistência mecânica; - possibilidade de permitir a fabricação de tubos com margens de tolerância mínimas. Tipos de tubos de cobre sem costura Dois são os tipos fabricados no Brasil: - Tubos leves, c l a ~ s e A, para conduqáo de água. Obedecem às especificações brasileiras EB-257 e EB-219/1972. da ABNT. - Tubos mrídios e pruudus. tipo industrial, para condução de água. Seguem o PEB-274. A Tab. 15.9 apresenta os dados técnicos dos tubos de cobre Nibco, das Classes A e industrial. Os tubos Nibco são de cobre recozido, contendo 99,90%de cobre e no máximo 0,04% de fósforo. No Brasil os tubos de cobre são fabricados por diversas empresas. Entre elas: - Laminação Nacional de Metais. São os tubos Hidrolar, fabricados nas linhas Azul (pesado) e Verde (mddio), de acordo com as especificações da BSS (Brirish Standard Specifications). - Nibco Industrial S.A. -NISA -Tubos ISAM. - Olirnpus Industrial, Comercial Ltda. - Bumdy.

nominal mm

prediais e industriais Tabela 15.9 Tubos Nibco para instalações . Classe A Classe industrial (tipo médio) / Pressão de I Pressão de Diâmetro Espessura Peso servico Diametro Espessura serviço Peso externo parede kgflm kgflcm2 externo parede kgflm kgflml 1 ,o 1.2 1.2 1,4

1.6 L .8 2,0* 2,0* 2,5* *Dimensáes especiais

0,393 0,701 0,903 1,360 1,815 2,639 3.623 4.337 7 98

+

88,O 71,O

m,o 51,O 46.0 43 .o 39.0 39.0 33,O


683

15.2.6 Tubos de pressão de cimento-amianto Os tubos de cimento-amianto, conforme mencionamos no Cap. 2, são utilizados em instalações de esgotos sanitários e águas pluviais, e em redes de abastecimento de água. Nas redes de esgotos sanitários, usa-se o tubo Classe A, isto C, tipo esgoto normul, tal como prevê a EB-69R da ABNT. No caso de sistemas de esgotos com tubulação enterrada, é recomendável o tubo Classe "B", tipo reforçado, em geral fabricado sob encomenda. Para redes de abastecimento de água, existe um tipo especial para suportar as pressões internas e externas ao tubo. Esse tipo encontra grande aceitação nas especificações das empresas municipais de fornecimento de água. São os tubos de pressão, que seguem a EB-10911972. Fabricantes: S.A. Tubos Brasilit - Etemit S.A. -

Conexões sáo elementos de ligação de tubulações a tubulações e de tubulações a peças e equipamentos, permitindo sua montagem, mudança de direção, mudança de diâmetro. derivações e vedação de extremidades. Existem conexões adequadas a cadadpo de tubulação a que se destinam. Da mesma forma que vimos para as iubulações, consideremos as conexões correspondentes.

15.3.1 Conexões de ferro maleável e ago Há vários tipos. Consideremos as principais. Conexões rosqueadas d e ferro maleável São as empregadas em instalações prediais e tubulações industriais secundárias (água, ar comprimido,condensado de vapor de baixa pressão) e fabricadas em diâmetros atk 4". As conexões. quando fabricadas segundo a ASTM-A-197. podem ser pretas ou galvanizadas e em diâmetros de 114" a 6". O ferro maleável é uma liga constituída basicamente de ferro, carbono e silício, obtido por fusão, com teor de carbono acirria de 2%. apresentando, na solidificação, todo o carbono na forma combinada e, após tratamento térmico adequado, grafite tipo nodular. Os limites de aplicação das conexões são determinados pela combinaçãopressão X temperatura, em função das suas dimensões e do material de que são fabricados. Existem conexões da Classe 150 e da Classe 300. Vejamos as especificaqões de cada urna. Conexões Classe 1.50 Iblpol.' (I0 kgf/cm2nominal), designadas simplesmente por Classe 150 ou Classe 10 (Tabela 15.10).

Tabela 15.10 Conexões Tupy - Pressões máximas d e serviqo (conforme DIN-2.950) Líquidos, gases Pressão Líquidos, gases e vapores (LGV) e vapares (LGV) de Diâmetro até 120'C até 300'C ensaio nominal Iblpol? kgf/cm2 lblpol.' (pol.) kgflcm2 kgf/cmz %-% 1a4

5e6

360 230 150

25 16 10

290 185 115

20 13 8

40 25 16

A Fig. 15.7 apresenta as conexões Tupy com os niímeros e as determinações correspondentes. Conexões Classe 300 lbIp01.~= 20 kgf/cmz (nominal). designadas simplesmente por Classe 300 ou Classe 20. Seguem a PEB-156 de 1971. São conexóes para alta pressão, para instalações sujeitas a choques, vibrações e mudanças de temperatura, portanto condições de serviço muito severas (Tabela 15.11). A Fig. 15.8 apresenta algumas sugestões da Tupy para ligações comuns de conexões, mosirando as ligações recomendadas e as não recomendadas, de modo que se possa fazer um projeto funcional e econômico.

684


A rosca destas conexoes obedecem açeçpecif~caçoesISO-R-7 e ABNT PB-14 (rosca interna paralela a rosca externa cônica).

Fig. 15.7 Conexões Tupy classe 10 ( 150 Ib) ou classe 150.

Conexões de aqo para solda de topo (buhveldingp@ejWngs) São conexões de aço de elevada resistência, contendo manganês, siiício, fósforo e, para certos g d s , m m o e molibd8nio. Nos tipos inoxidáveis, contêm elevado teor de níquel. Obedecem à norma ASTM-A-234 e são fabricadas nos diâmetros nominais de 112" a 24". As pontas das conexões são chanfradas, de modo a permitirem a solda de topo a outras conexões, a tubos ou a flanges. São empregadas em instalações industriais de processamento para condições severas de pressão e temperatura, geralmente para diâmetros acima de 2". A Conforja S.A. -Conexões de Aço - fabrica esse tipo de conexões, além de flanges e anéis. Conexões de aço para solda de encaixe (ou de soquete) Usadas em instalações industriais para diâmetros até 1112". Obedecem à PEB-157/1971. Não devem ser empregadas em serviços sujeitos à alta corrosão ou erosão.

15.3.2 Conexões para tubos de cobre Usam-se dois tipos de conexões nas instalações de tubulações de cobm

- de cobre, fabricadas pela NIBCO Industrial SIA.


Tabela 15.11 Código das conexões Tupy indicadas na Figura 15.7

I

241

1

11-01

1

Buchasdereducáo

I

1

312

1

11-06

1

Contraoorcas

1

1

90

1

11-07

1

Cotovelos

1

90R

1

11-08

1

Cotovelos de redu~áo

1

120

11-09

Cotovelos 45'

92

11-11

Cotovelos macho-fêmea

221

1

11-15

180 2

I

1

11-18

1

11-23

Cotovelos c/saída lateral

I

Curvas fêmea

11-25

Curvas macho

40

11-27

Curvas 45' macho-fêmea

85

11-28

Curvas de transposiçáo

60

11-29

Curvas de retomo

270

11-31

Luvas

240

11-32

Luvas de redução

280

11-38

Niples duplos

301

11-42

Tampões Tês

1

11-44

130R

1

11-45

I

138

I

Cmzetas

3

130

I

1

Tês de redução

I

11-49

1

Tês para hidrante industrial

1

132

1

11-55

I

Têsdecurvaduola

I

1

342

1

11-61

1

Unióes ass. c8nico de bronze

I

1 1

330

1 1

1

341

1

323

340

11-63

1 1

1

11-65

1

Unióes ass. c 8 n L o - f z I

1

11-90

1

Unióes com flan~esovais

11-62

Unióes ass. cbnico de ferro Unióes com assento dano

321

11-99

Flanges com sextavado

25

19-31

Luvas para eleuodutos

I I I

685

686

Inçtalaç&s Hidráulicas Prediais e Industriais

Tabela 15.12 Conexões rosqueadas Tupy

- Pressóes máximas de servigo (Conforme ASA 8-16.3) Diâmetros nominais

% a 1"

Temperatura OC

I

-30 a 65 93 121 149 177 204 232 260 268

1%a2"

ZYla3"

4"

Iblpol.'

kgflcmf

Iblpl.'

kgflcmz

Iblpol.'

kgflcml

Iblpol.'

2.000 1.785 1.575 1.360 1.150 935 725 510 300

140 125 110

1.500 1.350

105 95

I .XQ

1.200

84

%

1 .O50 900 750 600 450 300

74 63 52

70 64 58 51 45 40 33 27 21

500 475 450 425 400 375 350 325

35 33 31 30 28 26 25 23

lon

71

80 65 50 36 21

NÃO RECOMENDADO

42 31 21

RECOMENDADO

R E W Ç ~ O C/ BUCHA E LUVA

910 825 735 650 560 475 385 300

NÃO RECOMENDADO

RECOMENDADO

LUVA DE REDUÇÁO

REDUÇEOC/ COTOVELO E BUCHA

TE REOUÇÃO C/ E BUCHA

kgflcm

DE REOUFÃO

ri

RETORNO C/ NIPCES E CURVA FCMEA

RETORNO C/ CURVA MACHO- F ~ M E A

RETORNO C/ COTOVELO E N I P L E

LIGAÇXO E

C/ NIPLE COTOVELO

Fig. 15.8 Sugestões da Tupy para algumas ligações.

OE

COTOVELO

REOUCIIO

CURVA DE RETORNO

wc

LIQAÇ~IO


687

TAMANHO NOMINAL (mm)

15 22 28

600

LUVA

bolsa x

bolsa

TAMANHO NOMINAL imm) 22 x 15

28x 28 x 35x 35 x 35 x 42x 42 x 42 X 42 x 54x

..___.-'

!

600-2 BUCHA DE REDUÇAO Ponta x bolsa

15 22 15 22 28 15 22 26 35 15

TAMANHO NOMINAL

TAMANHO NOMINAL

Pesa (01

54 x 22 54 x 28 54 x 33. 54 x 42 66 x 28 66 x 35 66 X 42 66 x 54 79 x 66 1 0 4 x 66 1 w x 79

245 236 242 287 364 370 361 396 736 1.070 1.240

"D"

lmmi

22 X 314 BSP 28 x 1 BSP 35 X 1 114 BSP 42 X 1 112 BSP 54 X 2 BSP 66 x 2 772 BSP

603 CONECTOR bolsa x b.31~8

TAMANHO NOMINAL ( m m )

15 x 112 BSP 22 X 314 BSP 28 x 1 BSP 35xl114BSP 42 X 1 112 BSP

604 CONECTOR

2016 24.6 26 O 260 260 35:Ó

PESO

UNIT.

(91 66 104 163 213

TAMANHO NOMINAL ( m m ) 54 x 66 x 79 x 104 x

2 BSP 2 112 BSP 3 BSP 4 BSP

PESO

UNIT.

(a

317 787 868 1.854

Fig. 15.9 Conexões Nibco.

- de bronze. fabricadas pela Laminação Nacional de Metais -Pignatari. As conexões podem ser msqueadas em uma das extremidadese lisas na ouaa para serem soldadas por capilaridade, ou podem ser apenas lisas para soldagem. A parte msqueada 6 destinada ? ligação i do tubo de cobre a Nbos de outros materiais, como, por exemplo, o tubo de ferro galvanizado, ou à ligação de duas conexões. Em geral, ao ligar-se o tubo de cobre ao de f e m galvanizado, liga-se o cobre em seguida ao ferro (considerando-se o sentido de escoamento da água), pois com esse recursofica atenuado o efeito da corrosão galvânica que ocorre em virtude de os metais cobre e zinco em contato estarem na presença da Bgua com pH diierente de 7 e de haver deposição dos íons de cobre conduzidos pela água sobre a superfície de zinco do hibo de ferro pmvocando sua corrosão. As figuras a seguir representam conexões de Nibco, achando-se indicadas suas principais dimensões.

Solriagem das conexões N i k o aos tubos ISAM Para a perfeita adesão das peças, é necessário que as superfícies de cobre e suas ligas se apresentem em condições de limpeza, ajustagem e temperanua adequadas: Graças à tensão superficial entre o cobre e a solda derretida esta se distribui de maneira uniforme em toda a extensão de contato das duas superfícies,assegurando perfeita vedaçáo, aderência e resistencia ao cisaihamento. A Nibco apresenta

688

InstaiaFóeç Hidráulicas Predinis e Industriais

TAMANHO NOMINAL fmm\

"T"

"""

,'V"

,.,

,'U"

""

13.6 19.0 19.0 13.0 16.0 20.0 13.0 16.0 20.0 23.0 13.0 16.0 20.0 23.0 26.0 13.0 16.0 19.0 23.0

18,4 19.0 22.0 13.0 16.0 20.0 13.0 16.0 20.0 23.0 13.0 16,O 20.0 23.0 26.0 13.0 16.0 19.0 23.0

14,O 21.4 19.0 22.4 22.6 22,6 25,4 25,6 256 26,O 32.4 32.6 32.6 32,O 32,O 38.4 35,6 36.6 36.0

"5" 22,O 26.0

"T' 14.4 16.6

PESO UNIT.

bolsa x bolsa x bolsa

TAMANHO NOMINAL (mm)

fi "

qE7=j

1-1

Ordem indieida

TI COM REOUÇAO

CENTRAL

bolsa r bolsa x bolaa

3" Ordem ind1c.d.

22 X 22 x 28 x 35 x 35 x 35 X 42 X 42 x 42 x 42 X 54 X 54 x 54 x 54 X 54 X 66 x 66 x 66 x 66 x

15 X 15 x 22 x 15 x 22 X 28 X 15 X 22 r 28 x 35 X 15 X 22 x 28 x 35 x 42 X 15 x 22 x 20 x 35 x

22 28 28 35 35

35 42 42 42 42 54 54 54 54 54 66 66 66 66

Tamanho nominal (mm) 15 x 1/2 BSP x 15 22 x 3/4 BSP x 22

NIBCO

CENTRAL 712 TC COM ROSCA FIMEA b0lSE X bolsa X b01~a


peso uni!.


TAMANHO NOMINAL (mm) 15 22 28 35 42 54 66 79 1M

606 CURVA 45' bolsa x bolsa

"O"

607 COTOVELO bolsa x bolsa

5.4 7.6 9.6 11.0 13.0 15.0 18.0 20.0 24.0

5,4 9,6 9.8 11.0 13.0 15.0 16,O 20.0 24.0

,-K"

,-KK'

9,s 14.0 18.6 22.0 26.0 32.0 38.0 45.0 57.0

9.5 14.0 186 22.0 26.0 32.0 38.0 45.0 57.0

TAMANHO NOMINAL (mm) 15 x 112 BSP 22 X 314 BSP 22 X 112 BSP 28 x 1 SSP 35 X 1 114 BSP

"H"

"S"

12.4 14,6 17,6 19.6 25.0

22,O 24.0 25.4 34.0 38.0

TAMANHO NOMINAL (mm) 15X1/2BSP 22 X 314 BSP 28 X 1 BSP 35 X 1 114 BSP 42 X 1 112 BSP

"H"

"E"

11.4 14.6 22.8 22.0 25.0

25.0 30.0 41.0 43.0 50.0

7073 COTOVELO bolsa x bolsa

-s'

PESO

UNITARIO

TAMANHO NOMINAL (mm) 15 22 28 35 42 54 66 79 104

KK

',"PO""

707-4 COTOVELO bolsa X bolsa


(Qi

32 49 171 240 430 606 927 1.939

PESOUNITARIO

(36:i

83 204 186 576 812 1.312 2.550

689

690


'S'

tamanho nominal (mml

22 x 1/2' BSP x 22 . . . . . . . . . . . . . . . .

TIYRC

24.0

v

-V 14.6

peso unitário

(91

14.6

104

TÊ COM ROSCA SMEA CENTRAL DE REDUCAO bolsa x bolsa x bolsa

"N-

tamanho nominal (mm]

15 22 28 35 42 54 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

@

733

3.2 3.2 4.0 4.0 4.0 4.0 5.6

UNIAO @-J

bolsa x bolsa -A"

tamanho nominal [mm)

15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.0 22 28 35 42 54 66 79

7335 bolsa x bolsa UNIAo@ LAJ tamanho nominal (mm)

"A"

15 x 1/2" BSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29,O 22 x 314" BSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.0


peso unilário (91

113 172

Materiais Empregados em Instuluçóes

691

em seus catáiogos a sequência de operações que deve ser obedecida para a obtenção de uma soldagem perfeita, e que reproduzimos na Fig. 15.13. Conexões de latão Yorkshire São fabricadas pela Laminação Nacional de Metais para emprego com os tubos de cobre Hidrolar, da mesma indústria (Fig. 15.14). No interior da conexão, em uma ranhura circunferencial, encontra-se já depositada a solda necessária. Após o preparo da superfície do tubo de cobre e da conexão, isto 6.após lixados com lixa fina e cobertos com pasta de soldar, coloca-se o tubo no interior da conexáo e aquece-se moderadamente.

4. Aplique a chama sobre a conexão para aquecer o tubo e a bolsa da conexao ate que a solda deireta quando colocada na uniao do tubo com a conexao.

1. Corte o tubo no esquadro. Escarie o furo e tire as rebarbas.

5. Retre a chama e alimente com solda um ou dois pontos da uni20 a16 ver a solda correr em volta da uniáo. A quantidade correta de solda é aproximadamente igual ao diâmetro da conexão.. 28 mm de solda uma conexão de 28 mm.

2. Use palhinha de aço ou uma escova de fio para limpar a bolsa da conexáo e a ponta do tubo.

6. A Nibco S.A. introduziu um mbtodo facilimo de soldagem atrav6s do soldador NIBCO.uma pistola elétrica rdpidae segura.

3. Aplique a pasta de solda (fluxo) na ponta do tubo e na bolsa da conexào de modo que a parte a ser soldada fique completamente coberta pela pasta.

7. Remova o excesso de solda com uma pequena escova ou com uma flanela enquanto a solda ainda permite. deixando um f~leteem volta da união.

Rg, 15.13 ScqUencia de operações para soldagem de conexões Nibco aos Nbos de cobre ISAM.

692


LL?4

LONLLTDR

-w,~c,+ um

UMA BOLSA OU PONTA LISA E UMA B O L S A O U PONTAROSUUEADA

C O M D L A S ROLSAS

BOLSA OU PONTA LISA E BOLSA E O U P O N T A ROSQUEADA

< : O ,. ob&, , ' ~

J I AU UNE DOIS TUBOS DE COBRE 011 UM DE COBRE m"c",,cbnn E OUTRO ..u.uuL-u

BOLSA USA E

~

BOLSA L S A C UMA BOLSA O u PONTA LISA OU RUSOUEAOA

L:Z:OUDRZEUUUZiA: PDR DENTRO

BOLSASL S A S

BOLSA ROSQUEADA

~

TE

BOLSATRANSYFRSAI ROSQUEADA

CURVA DE THANSPOSIÇÃO DUAS PONTAS LISAS, OU BOLSA E PONTA

3 , 4 a 1!2

1 831d 1aW1ga 301

CO-OYFLO BOLSAS LISAS

CLRYA 6 9 BOLSAS LiSAS

Fig. 15.14 Conexões Yorkshire.

Este aquecimento pode ser realizado com uma hmparim de bombeiro. Com o calor, a solda abandona a ranhura e. por capilaridade, estabelece uma fina pelicula que liga perfeitamente ai superfície5 do tubo e da conexão em contato.

15.3.3 Tubos e conexões de polipropileno A Tecnoplástico Belfano Ltda. fabrica os tubos e conexões Tubelli em polipropileno, material que permite o emprego em instalações de bgua quente. As wnexks podem ser do tipo rosqueado ou soldado, e os tubos também podem receber flanges. Quando usados para Bgua quente, devem ser tomadas as cautelas adotadas para o caso dos tubos de cobre no que tange ? dilatação i e seus efeitos.

15.3.4 Conexões de PVC Existem conexões de W C para as seguintes finalidades: a) Para água e líquidos que não atacam o PVC.Essas conexões podem ser:

Materiais Empregados em Instnlaçóes

693

- rosqueados, conforme mostra a Fig. 15.15; - lisas, para soldagem, com adesivo especial, - mistas, contendo uma extremidade lisa e outra msqueada. A Hansen Industrial fabrica um tipo misto de tê, onde, na derivação, existe internamente uma bucha de latão msqueada, que permite a adaptação a peças rosqueadas sujeitas a esforços periódicos como torneiras e registros, assegurando uma resistencia adicional, desejável para os casos mencionados. São fabricados apenas nos diâmetros de 112" e 314". h) Para esgotos sanitários. Já demos indicações sobre os mesmos no Cap. 2. c) Para irrigação. É o caso da chamada linha Tigre Azul, cujas conexões são projetada? e fabricadas de modo a permitir engate e desengate rápido, com o emprego de anel de borracha.

Válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper a descarga de fluidos nos encanamentos. Algumas garantem a segurança da instalação e outras permitem desmontagens para reparos ou substituiçãode elementos da instalação. H4 uma grande variedade de tipos de válvulas e, em cada tipo. existem diversos suhtipos, cuja escolha de-

PLUG 1BUJAOI

TE 83'

UNIAU

N P E L DUPLO

NIPFL CONICO

LUVA DE REDUCAO

JOELHO 45

CURVA YO

OLJCHA DE REDUCAO

F'ig. 15.15 Algumas conexões Tign de PVC rígido

JOELHO 9C'

FLANUE COM SEXTAVADO

694


pende não apenas da natureza da operação a realizar, mas também das propriedades físicas e químicas do fluido considerado, da pressão e da temperatura a que se achará submetido, e da forma de acionamento pretendida. As válvulas, quando destinadas à água e operadas por comando manual, são designadas por alguns fabricantes com o nome de registros.

15.4.1 Classificação sumária das válvulas Entre as diversas maneiras mediante as quais se costumam classificar as válvulas, sobressai a que se baseia na natureza do acionamento. Segundo este critério, temos válvulas: Acionadas manualmeste Podem ser de: - volante, de ação direta ou de ação indireta; neste caso, comandadas por correntes, quando a válvula se acha em local elevado, fora do alcance do operador; - manivela, acionadas por sist6mas de engrenagens para reduzir o esforço do operador. Comandadas por motores Quando as válvulas são muito grandes, ou se acham em posição de difícil acesso, longe do operador, ou, ainda. quando devam ser comandadas por instmmentos ou equipamentos de controle automático próximos ou afastados, o comando pode ser por motor: - hidruulico, geralmente por servomecanismos óleo-dinâmicos; elitricn; com motor e redutor de velocidade de engrenagens ligados à haste da válvula. Usa-se em válvulas grandes; - ccim solenóide, agindo pela ação de um eletroímã que provoca o deslocamento da haste da válvula. E empregado em tipos de pequenas dimensões. - pneumático, de tipo diafragma, possibilitando a abertura rápida sob a ação de ar comprimido, ou pelo efeito de vácuo. -

-

Acionadas pelas f o w provenientes da afio do próprio liquido em escoamento Funcionam quando nelas ocorre uma modificação no regime, ou, ainda, pela ação de molas ou pesos, quando tal modificação se verifica. São designadas pelo nome de válvulas automáticas. Uma outra divisão das válvulas muito comum é a que estabelece a distinção entre válvulas de bloqueio (block volves) e válvulas de regulagem (throttling valves).

15.4.2 Válvulas de bloqueio As válvulas de bloqueio destinam-se a funcionar completamente abertas ou completamente fechadas. O tipo mais comum e consagrado pelo emprego é a válvula ou registro & gaveta (gafevalve), caracterizada pelo movimento retilíneo alternativo de uma peça de vedação -a gaveta - ao longo de um assento ou sede. Válvulas d e gaveta A perda de carga nessas válvulas, quando completamente abertas, é desprezível. Entretanto, quando parcialmente abertas, produzem perda de carga elevada e, em instalações de vapor sob certas condições, estão sujeitas à cavitação. Embora não sejam aconselháveis de um modo geral para regulagem, quando se pretende reduzir a descarga, alternando o ponto de funcionamento da bomba, são utilizadas com abertura parcial, de modo a criarem a perda de carga necessária para conseguir o objetivo almejado. Este motivo e o custo relativamente reduzido explicam seu largo emprego em instalações hidráulicas prediais, no baniletes, nos ramais de água e nas elevaiórias de água, ar comprimido e vapor. O inconveniente para certas aplicações 6 que, em alguns tipos menos aperfeiçoados, sua estanqueidade não é perfeita, quando a pressáo é elevada e a temperatura do líquido, considerável. ni4;teriuis empregados MS válvulns de gaveta

Bronze. Usadas para vapor até 150 psi, e para água, óleo ou gás até 300 psi, em dimensões de 112" a 3". Para as válvulas de 4" e 6", a pressão permitida para o vapor é de 125 psi. A Fig. 15.16 mostra uma válvula de gaveta de bronze da DECA, para diâmetros de 112" a 2 ". Conforme a pressão de serviço, os registros são fabricados em duas séries: Registros ovais. Mais robustos, gaveta em forma de cunha, usados normalmente nas redes municipais de abastecimento de água tratada ou bmta. Até 300 mrn de diâmetro. a pressão de serviço é de 16 atm (Fig. 15.17).

Materiais Empregados em Instalaç&

Fig. 15.17 Registm de gaveta oval com flanges, f e m fundido cinzento, tipo ROFV da Barbari.

Fig. 15.16 Váivula de gaveta DECA.

....... ............... BUCHADAHASTE . . . . . . . . . ........ CASTELO. . . . . . . . . . . . . . . HASTE. . . . . . . . . . . . . . . . .

PORCADOVOLANTE -VOLANTE

.......... .........

PREME GAXETA PARAFUSOOLHAL

............... BUCHA DE CONTRAVEDAÇAO . GAXETA

................ JUNTADOCORPO . . . . . . . . . PARAFUSO E PORCA. . . . . . . . TAMPA

CUNHA OU GAVETA.

.......

ANEL DE VEDAÇAO DACUNHA

ANEL DE VEDAÇAO DO CORPO.

................

-CORPO.

Latão fundido Ferro dúctil Latão fundido Ferro dúctil Ferro dúctil Aço inox AISl-410 (com rosca de perfil trapezoidal e cabeça foriada) ~eiro dúctil Aço SAE 101011020 Amianto grafitado Aço inox AISI-410 Ferro dúctil Papelão hidráulico Aço SAE 101011020. galvanizado Ferro dúctil Bronze ASTM-B-62 (engastado mecanicamente) Bronze ASTM-B-62 (engastado mecanicamente) Ferro dúctil

Fig. 15.18 Váivula de gaveta de feno d0ctil. RessHo: 16 kgf em-' Haste ascendente Diâinetms: 50 a 300 mm Fabricante: Cia. Meulúrgjca Barbará

.

695

696

Inçtalaçóes Hidráulicas Prediais e Industriais

Registros chatos. Possuem a g a v m com faces paralelas ou em cunha; resistem. porém, a pressões menores. Nos tamanhos até 300 mm, a pressão de seMço é de 10 atm. Ferro dúcfil.Aconselha-seao leitor a consulta aocatáiogoVálvulas & A p l h o s , publicado pela Cia. MetaliirgcaB&ad em 1994. Em suas 200 paginas são apresentadas, em detalhes, todas as válvulas fabricadas em ferro dúctil. A Fig. 15.19 dá a nomenclatura e a especificação dos materiais das peças constituuvas de um registro de gaveta de ferro dúctil da Cia. Metalúrgica Barbará S.A.

Válvulas de esfem (ball valves) São válvulas de bloqueio, de fechamento rápido, muito usadas para ar comprimido, vácuo, vapor, gases e Ilquidos puros. O controle do fluxo 6 feito por meio de uma esfera, que possui uma passagem central, localizada no c o r p da válvula. O comando é, em geral, manual, com o auxíiio de uma alavanca (Fig. 15.19).

Vdivulas de macho (plug-cockvalves) Possuem uma peça cônica (macho) com um orifício ou passagem transversal de seção retangular ou trapezoidal que se encaixa no corpo da válvula, de tal modo que quando o eixo geométrico do orifício coincide com o eixo do tubo o escoamento é máximo (Fig. 15.20). As torneiras de macho são aplicações dessas válvulas em instalações prediais, para tanques. regas de jardim etc.

15.4.3 Válvulas de regulagem (throttlingvalves) Permitem um eficiente controle do escoamento, graças ao estrangulnmento que provocam. Possibilitam também o bloqueio total do líquido. Não devem. todavia, ser superdimensionadas para o fim a que se destinam. pois isso as obrigana a operar sempre parcialmente fechadas, o que é prejudicial ao escoamento e até mesmo para a durabilidade das vflvulas. Os tipos mais comuns sso considerados a seguir.

Vblvolas do globo (globe valves) O nome origina-se do formato de seu corpo (body).Possuem uma haste parcialmente rosqueada em cuja extremidade. oposta ao volante de manobra, existe um alargamento, tampão ou disco para controlar a passagem do fluido por uma aberma. Servem para regulagem da descarga, pois podem trabalhar com o tampão de vedação do orificio em qualquer posição. embora acarretem fortes perdas de carga, mesmo com abertura máxima. Conseguem uma vedação absolutamente estanque em tamanhos pequenos, pois o disco se ap6ia sem folga no assento. São usadas, em geral, para diâmetros até 250 mm, em serviços de regulagem e fechamento que exigem estanqueidade, para água, fluidos frigorííicos, óleos, líquidos, ar comprimido, vapor e gases.

Fi& 15.19 Váivula de esfera.

Fig. 1530 Vilvula de macho Walwonh.

Ng.1521 Váivuia de globo DECA.

M a t e ~ i Empregados s em Instalações

697

Ng. 15.22 Registro de pressáo DECA.

-

Re&tros de nreasão Os chamados registros depressão são modelos pequenos de válvulas de globo, usados em instalaçóes de dishibuição de sub-ramais. como no caso dos chuveiros. A Fig. - 15.22 mostra um registro de pressão Deca. Podem ser msqueados ou não, e geralmente são de bronze. A haste msqueada desloca-se em virtude da msca correspondente da peça chamada castelo (bonnet),que fica na parte superior do corpo da váivula. O sentido do escoamento deve ser tal que o fluido tenda a elevar o disco e a haste, havendo, assim, menos risco de vazamento pelas gaxetas do que se o seniido fosse inverso. As válvulas de globo, quando possuem a extremidade da haste com formato afilado, chamam-se válvulas de agulhai (needle valves) (Fig. 15.23) e se prestam a uma regulagem fina da descarga. -

Fig. 15.23 Válvula da agulha.

Válvulas de diafragma São válvulas de regulagem, dotadas de ü'ês peças principais: - corpo; diahagma ou membrana; - castelo (parte superior) com haste de comando.

-

698


São muito usadas em instalações'de ar comprimido e gases, e encontram emprego em instalações industriais com liquidos e gases caros, corrosivos ou perigosos, que não podem vazar pela gaxeta. O diafragma é a peça que assegura a estanqueidade e participa da vedação e regulagem. Pode ser de borracha sintética Nwprene, mas empregam-se também o Teflon (resina tetrafluoretilênica-M. R. Dupont) e as borrachas sintbticas: - Hycar: para GLP; - Hypalon: óleos e produtos químicos, oxidantes; Butil: gases, álcalis, ácidos, ésteres.

-

Fig. 1524 Váivula de diafragma.

15.4.4 Válvulas de controle da pressão de montante. Válvula de alívio (relief valve) e válvula de seguransa (safety valve) São empregadas para diminuir o efeito de golpe de aríete. Quando a pressão no interior da tubulação ultrapassa um valor compatível com a resistência de uma mola calibrada para uma certa ajustagem (set pressure), ela se abre automaticamente, permitindo a saída do fluido. Algumas válvulas possuem contrapeso que, colocado numa haste adequada, proporciona a força que mantém a válvula fechada até certo valor da pressão na tubulação. Quando usadas em instalaç&s de líquidos, essas válvulas são chamadas de válvulas de alívio (relief valves) -abrem na proporção em que a pressão aumenta-, e, quando em instalações de ar, outros gases e vapor, chamam-se "válvulas de segurança" (safety valves) - abrem total e rapidamente @opaction) -, se bem que esta distinção de nomenclatura nem sempre seja adotada. A Fig. 15.25 mostra uma válvula de alívio reguladora de pressão de retomo, Série 171, da Niagara S.P.

15.4.5 Válvulas de controle São válvulas destinadas a controlar o nível, a descarga, a pressão ou a temperatura de um Ifquido, comandadasa distância por instrumentos automáticos ou sensores. Em geral, assemelham-se a válvulas de globo, cuja haste é comandada por um diafragma que se deforma sob a ação de ar comprimido. que, por sua vez, é regulado por instrumento automático que recebe o estimulo de sensores ou aparelhos que detectam alterações no nível ou na temperatura do fluido, conforme o objetivo a ser alcancado. -. Os fabricantes fornecem gráficos de variação da descarga em função da percentagem de aberhua da vflvula, de modo a ser possível uma regulagem muito precisa da descarga, o que, em certas operaçóes industriais, é indispensável. ~-

S.-~

15.4.6 Válvplas de redução de pressão São válvulas que funcionam automaticamente em virtude da atuação do pr6prio liquido em escoamento, independentemente da atuaçáo de qualquer força exterior.


Ng. 1525 Váiwla de alívio de 114".

699

Ng. 15.26 Váiwla de controle simples

Têm por finalidade regular a pressão a jusante da própria válvula, mantendo-a d e n m de limites pstabelecidos. Existem modelos onde opera uma válvula piloto auxiliar. fazendo parte da pr6pria váivula, e que, submetida à pressão de montante, permite ou não a passagem do fluido de modo que este possa operar a váivula principal. Para atuar obedecendo os valores prefixados da pressão, necessitam de molas cuja tensão é graduivel. SHo fabricadas com característicasespeciais para Agua, ar comprimido, vapor, óleos etc. No primeiro capítulo, ao tratarmos dos sistemas indiretos de disiribuição de água, fizemos referência 8s "estações de válvulas de redução de pressão Niagara", nas quais é aplicada a válvula mostraiia na Fig. 15.27.

Fl& 1537 VBlwla de ridução de pressáo da Niagara S.A. 1. Parafuso de ajuste: 2. contraporca; 3. mola: 4. tampa; 5. diafragma: 6. corpo; 7. disco: 8. poria-disco; 9. mola auxiliar; 10. tampãeguia; 11. garfo.

Mg. 1538 Válvula P. de pé, com crivo.

700


15.4.7 Válvulas que pennitem o escoamento num s6 sentido. Válvulas de retengão Fecham automaticamente por diferença de pressões provocadas pelo próprio escoamentodo liquido, quando há tendência à inversão no seu sentido de escoamento. Já vimos sua aplicação nas instalações de bombeamento, seja na linha de aspiração (válvula de pé), seja na de recalque. As válvulas de retenção podem ser do tipo levantamento ou plug (lift check valve), do tipo portinhola (swing check valve), usada para quaisquer diâmetros, ou com retenção por uma esfera (ball check valve). Esta última é usada para bombeamento de 61eo em tubos de diâmetros apenas até 2". As válvulas de portinhola podem ser usadas tanto na posição horizontal (Fig. 15.29) quanto na vertical. São as mais usadas e apresentam a menor perda da carga. A Fig. 15.29 apresenta uma válvula de retenção de ferro fundido tipo portinhola, e a Fig. 15.30, um tipopistdo (que é uma modalidade do lift check valve), ambas da CiWAL SIA e fabricadas em diâmetros de 40 a 300 mm.

Fig. 15.29 Válvula de reteneo de portinhola, da CIWAL SIA. Ressão de trabalho sem choque: bgua, óleo, gás, a 44PC -200 IbIp01.~. Classe 125 lb.

15.4.8 Registro automático de entrada de água em reservatórios Esse tipo de registro possui uma bóia ou flutuador que se desloca em função do nível da 6gua no reservatório, fechando a entrada da água ao atingir determinado nível. Quando de pequenas dimensões, é chamado de torneira de Mia, e, para descargas maiores, 15 denominado registro automático de entrada. Existem dois tipos de registro automático: - para colocação na parte superior dos reservat6rios. com o flutuador ligado diretamente à alavanca (Fig. 15.31); - para colocação na parte inferior do reservatório, com o flutuador ligado por uma corrente à alavanca.


701

Fig. 1530 Válvula de reicnçiio tipo pistão, da CiWAL SIA, em ferro fundido. Classe 125 Ib.

%',. ,

i --- -- -- . -

Ng. 1531 Registra automálico de entrada superior, da Barbará S.A.

15.5 TUBOS E CONEXÕESDIVERSAS Albm dos materiais que acabamos de considerar para a fabncaç20 de tubos e conexões, mencionaremos mais alguns, de grande utilidade, principalmente em instalações indusiriais.

702

Instalacões Hidráulicas Prediais r Industriais

15.5.1 Tubos e conexões de FRP (fiber reinforced plastic) Fibra de vidro com plástico, conhecido como Fiberglass. São fabricados pela Italbrach, Comércio e Confecção de produtos, Fiberglass e outros.

15.5.2 Tubos e conexões de plásticos à base de flúor -PTFE Altamente resistentes à corrosão e &s temperaturas até 15WC. Pertencem a essa linha: - tubos e conexões de fibra de vidro FRP com revestimento de PTFE flangeados; - tubos e conexões de aço revestidos internamente com F'TFE. Esses produtos são fabricados pela Mercantil e Industrial AFLON Artefatos de Plásticos e Metáiicos Ltda. e outros.

15.5.3 Tubos e conexões Tigrefibra de RPVC - (PVC reforçado) É uma esmitura monolitica, composta de um núcleo de PVC estruturado, reforçado externamente com fios contínuos de vidro e resina poliéster, à qual é incorporada carga de alumina triidratada, possuindo revestimento externo de vermiculita expandida. Diâmetros de 50 a 450 mm. Pressão de trabalho de 10 kgf . ~ m - ~ . Usos: obras de saneamento ambiental.

15.5.4 Tubos e conexões de PVC rígido revestidos com fibra de vidro e resina poliéster (PVC P W

+

São de emprego indicado para o caso de líquidos e soluções de produtos químicos muito agressivos. A Hansen Industrial os fabrica sob a designaçiio de tubos e conexões Tigrefibra, em diâmetros de 314"a 16". Os tubos podem ser de duas pontas, duas bolsas ou dois flanges.

15.5.5 Tubos de poliéster armados com fios de vidro e enchimento de areia siliciosa, com junta elástica São os tubos POLYARM indicados no Cap. 2. Obedecem ao PEB-3 1811972 da ABNT.

15.5.6 Tubos de nylon, nylotec (nylon fundido), HMW 1900 (polietileno de alto peso molecular), Teflon, Celeron, Acn7ic0, Debrin (acetal), Amalon, Laxan (policarbonato).

Fabricados pela DAYCO do Brasil Ind. Com. Ltda. (S. Paulo).

15.5.7 Tubos de nylon Technyl - PSA. da Rhodia S.A. Para fins especiais.

15.5.8 Tubos de vidro, pyrex e quartzo Fabricados por Analítica Artigos para Laboratórios Ltda.

ABNT. Coletlnca de Nomas de Tubos e Conexòes de Feno Fundido Dúctil (1989). TELLES, Pedro Carlos da Silva. Tubula~órshdurrriois. LTC - Livms Técnicos e Científicos Editora Ltda. 5.' ediçào, 1979 -. Mareriaispara equipamentos deprncesro, Livraria Interciência. 1976. HUTCHISON, J.W. Isa handbook of conrrol valvrr instrumenr rociríy ofAmericn. Pilrsburgh. 1976. SILVA, Remi E.Tubula$õer. Escola Polit6cnicada Universidade de São Paulo. 1975. Catáiogo de Fabricantes - Regism Indvsirial Brasileiro -2 volumes - S. Paulo, 1980 - Tubulocdcs e Conemies ~anali.q&s Pressa0 Barbará, 1994. Compmh~aMcdúrgica Bahard S A. (Tubos c conexõw dc feno ductil - - I.inha Rcdial. 19941

Muteriais Empregados em Instalflçães Nibco Industrial S.A. - NISA -Tubos e conexões de cobre. Laminqão Nacional de Metais -Tubos de cobre "hidrolar" e conexões de bronze Yorkshiie. S.A. Tubos Brasilit -Cimenbmianto; PVC - linha hidrkulica; linha de esgotos. Cia. Hansen Industrial -Tubos e conexks Tigre de PVC n'gido. Trierefibra Industrial S.A. - PVC + PRFV e RPVC iunta elástica. Polyann -Fibra de vidro. resina poliester e areia. Indústria de Tubulações de Resina Polidster INTREP -Resina poliéster com fibra de vidro (F.R.P.). Polv~lasterS.A. ~ o h t r c i eo Indústria -Resina wli6ster com fibra de vidro. ~ul;itccIndúrtria e ComCrçio Ltda - ~ercriimcntocom epbxi r pl&ucos sobre tubo, e ronexies. Mrrcantil c InJu\tnal AFLON Anehtus Pl.4siicos e Metálicos Lida. - lT4S refowadu. Tubos de %o r fibra de vidm . ou .plbtico r r f o ~ a d o com Itaibrach Comercio e Confeccão de Produtos Fibcrelass Ltda. Cunforla 9.9- Cunexùw f u q d u cem costura, q o liga q o - c h * n o c aq) iniixidávcl. Raudlçr Equipanientos Industriais LIJa - Kebrstimcnto a vidro. de iuhob. cr>ncrks.válvulas c eauirimenirm. Awlo - Redutos de Aco S.A. -Tubos de Aco . ~ ç o v e l - Aço Vendas ~s~ecializadas Ltda. Sanpress -Comercial de tubos e conexões Ltda Vplvulss Cia. Metalúrgica B a r b d S.A. (Váivulas & Aparelhos, 1994) Niagara S.A. Comércio e Indústria Deca Duratex (Válvulas P) Conersol Indúsma e Impnnadnra Civa Comtrcio e Indú\tna de Válvula\ S A Ciwal S.A. Acessários Industriais Ltda. Mergin Acessórios lndustnais I ida Ficucon indúsuia c Comtrcio Ltdi Hitcr Indlisma c ComCrcio Contre Hidr.4ulirw Macoval -~~~ Ind. Mec. Com. Ltda Metalúrgica Técnica Emal Ltda. ibrave Ind. Brasileira de Válvulas e Equipamentos Ltda. Emirtu - Equipamentos Indusrnais l i d a tábnca de Aqo Paulista F q o Sarco S A Indúsma c ComCrcio BODD& Reuther do B m i l Ltda (ùipanhia Han\en Indusrnal A c o % a lIndústria c Comtrcio Cia Lmwnadora e Indusmal D o x walwokh Crane Company Reinhiitte do Brasil Gestro Latino-Americana Conforja S.A. - Conexões de aço ~

~

~~~

Mverm~ Burder de Sõo Poulo, Ind. Com. Imp. Exp. - (Manbmems e aparelhos). Dovco do Bmsil. Ind. Com. Ltda. -(Produtos de Nvlotec) ~ n & n Indústria e Planejamento Ltda. - ~esumidificadorese Puificadores Aguarius, Comknio e Tratamento de Agua. Quipex h d . e Com. Ltda. -(Válvulas diversas acionsdas por pé).

703

Orçamento O orçamento de uma obra de instalações não pode, via de regra, ser elaborado unicamente sob a forma de um somatório de composições de preços de serviços elementares isolados. Essas composições de preço são estabelecidas levando em conta, em geral, condições hipotéticas, ideais, que dificilmente se vêem confirmadas na trama das operações de uma obra de construção civil ou de montagem industrial. O prazo de duração de uma obra de constmção civil é um dos fatores decisivos no valor do orçamento, podendo vir a destmir o verdadeiro significado do preço de custo estabelecido com coeficientes, prevendo um bom rendimento nos trabalhos das instalaçòes. Não estando ao alcance do instalador detemirar prazos para a construí$io, devendo, pelo contrário, cingir-se a eles, os valores da mão-de-obra, encargos sociais e despesas administrativas se vêem afetados quando o prazo é aljerado. E fato constatado que, aumentando o prazo, o rendimento dos operários no trabalho cai naturalmente, numa autodefesa contra sua dispensa, a qual poderia ocorrer se terminassem mais rapidamente seus serviços. Esses serviços, aliás, em ccrtos casos, nem poderiam se realizar, pelas condições materiais da prtípria obra. Existe ainda um fator curioso nas obras de empreitada, que é a necessidade de o instalador manter um número de operários as vezes superior ao que realmente necessitana, apenas para atender às exigências do construtor ou do proprietário, que raramente se conformam em ver na obra poucos operários de instalações, mesmo que os serviços corram a contento. Não se preparando para essas contingências e não se prevenindo com cláusulas contratuais para serviços em regime de horários extraordinários a fim de acompanhar o ritmo da obra, o instalador, por melhores que sejam as bases de suas composições de preço, estará ameaçado de prejuízo. Essas explicaç6es são necessárias para que os quadros de composições de preços sejam compreendidos como uma indicação auxiliar do orçamento. Têm utilidade nos orçamentos de acréscimos e modificações pedidas pelos proprietários e supóem sempre ritmo rápido da obra de construção, sem o que os coeficientes de tempo de mão-de-obra não têm sentido. Aliás. quando se trata de acréscimos ou modificações, os preços cobrados são sempre majorados, tendo em conta a quebra de ritmo e continuidade dos trabalhos. Para elaborar um orçamento de instalações, pode-se proceder da seguinte maneira: 1. Estabelece-se o tempo de duração da obra, consultando o constmtor. 2. Estuda-se o cronograma dos serviços da obra de constmção elaborado pelo construtor e, em função dele, prepara-se um cronograma de cada um dos sewiços de instalação. 3. Conta-se todo o material pelo projeto e orça-se com preços da praça. 4. Adota-se uma porcentagem sobre os materiais, para diversos. miudezas etc. 5. Idem, para amortizaçáo de ferramentas (tmachas, tomos) e desgaste de cossinetes, gasto de folhas de serra, querosene, tinta, zarcáo etc. 6. Avalia-'se a mão-de-obra escalonada durante toda a duração da obra, usando-se para isso o cronograma. Por exemplo: 1 engenheiro .... horasldia x ....dias 1 encarregado geral (durante toda a obra) Para cada serviço de instalação (água, esgotos, gás etc.) se avalia a equipe necessária ... oficiais, durante .....meses (ou tantos dias) ... meio-oficiais, durante .....meses (ou tantos dias) ... ajudantes, durante ..... meses (ou tantos dias) etc. Eventualmente, poder-se-á ter apontador e almoxarife, se a obra for de grande vulto. Tendo-se o número de dias comdos em que cada categoria de operário irá trabalhar e o número desta, pode-se fazer o cálculo da mão-de-obra, conhecendo-se as bases de salário e horário dos operários. Deve-se ter cautela quanto ao nú-

mero de horas diárias de trabalho, porque muitos construtores trabalham 2 horas extrasquase que como rotina. 7. Leis sociais e encargos trabalhistas - sobre a mão-de-obra total, fazer incidir as taxas de contribuições obrigatórias para o Instituto de Previdência Social, FGTS (Fundo de Garantia pelo Tempo'de Serviço), SESI. SENAI, PIS, além da taxa de seguros contra acidentes de trabalho. férias, aviso prévio e 13' salário. 8. Imposto sobre serviços nos faturamentos. 9. Taxas estaduais e municipais referentes as repartições públicas a que estão afetas as instalações. 10. Passagens de operários e transporte de material para a obra. 11. Despesas com os projetos Considerar que, mesmo que os projetos tenham sido entregues por ocasião da assinatura do contrato, pode vir a ser necessário, ao final da obra, atualizá-los face às modificaçóes introduzidas no decorrer da obra, isto é, fazer o projeto com as instalações as built. Deve ficar definido, desde o princípio, a quem cabe o Ônus do custo desse projeto das instalações tais como foram executadas. 12. Eventuais para materiais - se a obra for realizada pelo regime de empreitada, o instalador deverá procurar receber parcela apreciável do valor do material, de modo que possa adquiri-lo e estocá-lo, fugindo as elevações de preço; ou, se não, deverá adotar uma margem de segurança, difícil aliás de fixar em tese. 13. Eventuais para mão-de-obra -é preferível, em vez de onerar o orçamento com verba de eventuais sobre mão-de-obra, indicar nos contratos o valor global da mão-de-obra e estabelecer reajustamentos sobre os saldos a cobrar, baseados em alterações nos níveis salariais, determinadas por decretos e leis ou decorrentes de homologação oficial de dissídios coletivos das classes de operários de instalações. 14. Despesas indiretas -projetos, despachante, cópias heliográficas etc. 15. Lucro ou taxa de honorários profissionais -porcentagem sobre o custo orçado, variável segundo o volume de serviços, valor do contrato, pressão de competição e interesse em realizar a obra. O preço final resulta da soma dos itens acima relacionados. Existem revistas especializadas em orçamentos que periodicamente publicam composições de preços de certos serviços rotineiros de instalação predial. Essas composições às vezes são também utilizadas para dirimir divergências entre os valores das propostas de acréscimos e modificações apresentados pelo instalador e os julgados aceitáveis pelo proprietário OU construtor. São bem conhecidos o Boletim de Custos e a Revista de Preços para Instalaçóes, publicados no Rio de Janeiro, cujos dados e informações são criteriosamente fornecidos e cujas composições de custo são feitas com objetividade e exatidão. No Estado do Rio, para as concorrências públicas, são utilizados os índices, composições e valores apresentados no Boletim Mensal de Pregos da EMOP - Empresa de Obras Públicas do Estado do Rio de Janeiro -, órgão da Secretaria de Estado de Obras e Serviços Públicos. Em regime de inflação, a previsão de uma margem aceitável de segurança não salvaguarda o instalador de um prejuízo. Deve ser prevista uma cláusula no contrato que . .permita reaiustamento do saldo a faturas. em funcáo dos índices aue traduzem a inflação no que se refere a pessoal e material relacionados a instalações.

REFERÊNCIAS MACIUTYRE. A.J. I>rrrcic
Biodigestores e Biogás

O aproveitaniento do gás que se forma na decomposição bacteriana de biomassas e esgotos sanitários representa uma da&soluções alternativas de produção de energia para aquecimento, iluminação e acionamento de motores. Esse objetivo podc seralcançado, seja em larga escala, com kstãlações de grande porte que-utilizam lixo ou esgotos de m~nici~alidades, seja ein pequena escala, em fazendas, granjas e sítios, com o aproveitamento de biomassas constituídas por esterco bovino, suíno, equino, caprino c de aves. e por outros materiais ricos em hidratos de carbono e celulose. Esta segunda hipótese é a que nos interessa tratar dentro das limitações de um capítulo, pois pode vir a ser Útil, pela ecorioinia que representa uma instalação desse tipo no consumo de g h engarrafado, de lenha, de óleo diesel ou 61eo combustível e, mesmo, de energia elétrica. Para uma idéia da importância do emprego de pequenas instalações m a i s para produção de gás com estercos e biomassas, vale mencionar que na China existem mais de 7.5 milhões de bicidigestores instalados, e na fndia, cerca de 1 milhão. Ilm mctro cúbico de gás produzido nos biodigestores equivale a 0,454 kgf de CiLP (gás engarrafado). Um biodigestor que produz 3 m' de gás por dia economizará 1,362 kgf de GLP por dia, ou 30 X 1,362 = 40,86 kgf mensalmente. Como um bujào de GLP contém 13 kgf de gás. vemos que haverá uma economia mensal de três bujões, aproximadamente. usando matéria-prima gratuita.

17.2 BIOMASSAS

17.2.1 Significado Os inateriais orgânicos que se decompõem por efeito biológico pela ação de bactérias denominam-se biomassas. Vitrios. rio Cap. 2. que existem bactérias aeróbias, que retiram do ar o oxigênio de que necessitam, e anaeróbias, que, através de reaçòes bioenzimáticas, retirarn o oxigênio de compostos orgânicos que o contêm. A ação das bactérias anaeróbias sohre as biomassas determina a formação e a liberação do gás metano (CH,), do gás carbônico (CO,). do gás sulfídrico (SH,), do hidropêiiio (H) e da aniônia (NH,). Nurna fossa séptica ocorre o fenômeno de decomposição aeróbia e principalmente anaeróbia, com a formafão dos mencionados gases. O conjunto de gases formados na fermentação anaeróhia denomina-se biogús. Iiiteressa-tios que a decomposição anaeróbia proporcione a maior quantidade possível de metano, cujo poder calorífico é elevado, a fim de utilizarmos esse gás como combustível ou como agente energético para o acionamento de motores. Para isso. é necessário uma cscolha criteriosa das biomassas a empregar no processo de biodigestáo, a fim de que seja obtida quantidade considerável de metano. Caso contrário, ter-se-á não um biodigestor, mas apenas uma fossa séptica, coni produçâo, em larga escala. de gases de muito baixo poder calonfico, além do metano. Como estaremos tratando apenas de biodigestores aplicáveis a fazendas, sítios, propriedades agrícolas. e não de sistemas de grande pone, que aproveitam o lixo e esgotos e podem ser usados para servir a povoações maiores e municípios, mencionaremos como biomassas mais apropriadas as seguintes: - dejctos de animais que se alimentam de vegetais; - rejeitos de cultivos agnctilas; - o aguapé. Em instalações de produção em larga escala de biogás, podenamos acrescentar: e s g o t o s sani~irios:

- resíduos

industriais; urbanos; - algas marinhas. Esses quatro últimos agentes capazes de produzir biogás não serão tratados neste livro. - lixos

17.2.2 Dejetos de animais Os animais que comem alimentos a base de hidratos de carbono e celulose (plantas, capim, milho, forragens e ra~ões) proporcionam dejetos que constituem biomassas muito favoráveis ao processo bioquímico bacteriológico de produção de biogás. Em média, pode-se fazer a seguinte estimativa de produção de dejetos a cada 24 horas, para o animal adulto: 8 a 14 kgf (em geral considera-se 10) gado bovino 2 a 2,5 kgf gado suíno 0,16 a 0.20 kgf aves 2.6 a 3,0 kgf gado caprino 8 a 10 kgf gado equino 0,40 kgf pessoas Numa avaliação expedita, pode-se admitir que. a cada kgf de peso de um boi correspondem 19 gramas de esterco num período de 24 horas. Um boi de 450 kgf de peso produziria cerca de 450 X 0,019 = 8 3 5 kgf de dejetos por dia. Um quilograma-peso de esterco úmido (fresco) proporciona 250 g de esterco seco, em média. Como o esterco bovino é altamente favorável à ação bacteriológica, produzindo rapidamente o biogás, aconselha-se u fazer a primeira carga em um biodigestor com essa biomassa, colocando-se no biodigestor, posteriormente, caso existam. esterco de suínos ou de aves, ambos de processamento mais lento. As aves que recebem antibióticos em suas rações podem produzir dejetos inadequados para o lançamento em larga escala em biodigestores, pois a ação residual dos antibióticos 6 capaz de tomar inviável a ação metanogênica das bacikrias anaeróbias. A produção de biogás depende não apenas do tipo de dejeto utilizado mas também do modelo do biodigestor. Como ordem de grandeza, podemos usar a Tab. 17.1, que nos fornece a indicação da produção total de biogás por quilogramapeso de esterco seco, durante o período em que essa biomassa estiver produzindo biogás. Se o excremento bovino estiver fresco, isto é, for muito recente, a produção de gás será muito menor do que o indicado na tabela. Assiiii, 1 kgf de estrume fresco produzirá apenas 40 a 47 1, em vez de 240 a 270 1 produzidos com apenas 1 kgf de material seco. Como essa produção se realiza durante o período de fermentação e se processa de um modo não-uniforme. deve-se considerar o valor médio de produção do biogás durante o período de maior uniformidade do mesmo. O relatório da Khadi and Village Industries Commission estima que 1 kgf de estrume fresco produz 36 1 de biogás por dia. J. Pastel concluiu que a produção seria da ordem de 36 a 43 1 de biogás por dia. Admitindo um consumo de 4 m' de biogás por dia para uma familia de seis pessoas. deverá haver uma quantidade de estrume bovino fresco igual a 4.000 1

-

36 l/kgl

I l l kgf

Considerando uma produção de estrume de 10 kgf por cabeça de gado, vemos que teríamos necessidade de 1 I I kgf + I O kgflcabeça = 11,1, ou seja, I I cabeças de gado bovino. A introdução de estrume seco ou de biomassas ricas em celulose e hidratos de carbono, folhas, palhas eic. melhorará a produção, reduzindo o número de cabeças de gado necessárias ao fornecimento de estrume. Alguns autores dão as seguintes indicações: Produção de biogás diário por 1 boi (estrume seco): 340 a 368 1 1 suíno (estrume seco): 178 1 I galinha (estrume seco): 1.1 1

Tabela 17.1 Produção de biogás a partir de esterco seco Tipo de biornassa Esterco seco de bovinos Esterco seco de suínos Esterco seco de equinos Esterco seco de ovinos Esterco seco de aves

Produção de biogás por kgf de material seco

708

I~istala~óes Hidrártlicns Prediais e Industrinis

Podem-se lançar os esgotos dos vasos sanitários no biodigestor, mas não os dos aparelhos e ralos que recebam sabão, detergentes e gorduras, que prejudicam o processo bioquímica de formação de gás. Alguns sanitaristasaconselham o emprego de dois biodigestores em série, quando houver dejetos humanos. A solução é, porém, pouco prática.

17.2.3 Rejeitos de cultivos O material que sobra quando se procede ao beneficiamento de alimentos obtidos com o plantio, como o arroz, trigo, feijão, soja, e com a poda de arbustos e árvores htíferas, além de frutos podres, é denominado rejeito de cultivos ou rejeito de vegetais cultivados. Quando esses refugos não foram submetidos anteriormente a uma ação intensiva de agrotóxicos ou defensivos agrícolas, podem constituir-se em biomassas complementares de valor aos dejetos dos animais citados no item 17.2.2. De fato, a produção de biogás e metano por unidade de peso de matenal é superior à obtida com esterco de gado bovino, como se pode observar na Tab. 17.2.

Tabela 17.2 Produqão de biogás a partir de reieitos de cultivos

Tipo de biomassa Palha de milho Palha de feijão Palha de soja Folha de parreira Plantas aquáticas Folhas secas de árvores

Produção de biogás por kgf ae material seco

Produção de metano (CHJ por kgf

I

0,224 m' 0,171 m3

variável variável 0,143 m3

Quando se usa esse tipo de biomassa como complemento ao esterco animal, o abastecimento do biodigestor se realiza com intervalos de 15 a 20 dias, e o penodo de produção de biogás varia de 60 a 120 dias, ao passo que, no caso de se usarem apenas dejetos de animais, esse período de produção de gás é de no máximo 60 dias, sendo que em apenas cerca de 40 dias o gás é produzido com certa uniformidade.

17.2.4 Aguapé Trata-se de uma planta aquática que, em certos nos, apresenta-se e dissemina-se com extraordinána rapidez. Considerada uma praga, é, na realidade, um agente despoluidor dos nos, constituindo alimento para peixes e animais herbívoros, além de cxcclentc agente produtor de biogás. Estudos realizados pelo Instituto de Pesquisas da Marinha Brasileira (IPqM) revelaram que: - I kgf de aguapé seco produz de 350 a 410 1 de biogás; - I m! de plantação de aguapé produziria 18 1 de biogás por dia; -obtém-se um teor de 80% de metano no biogás produzido com o aguapé. A produção dc melano em larga escala. a partir do aguapé, acha-se em estudos, parecendo justificável o otimismo quanto aos resultados esperados. Pesquisas realizadas mostraram que em 1 hectare-dia podem ser produzidos cerca de 600 kgf de matéria seca de aguapé. Estima-se que do aguapé pode-se extrair, em gás metano, o equivalente a 51 barris de petróleo por km! . dia de aguapé.

A ação das bactérias anaeróbias sobre as biomassas determina a formação de gases e cujo conjunto se deu o nome de biogás ou gobar gás. Os componentes do biogás de estrume, em volume, são em média: Metano (CH,) - com 50 a 7010 - Gás carbônico (CO,) - com 30 a 35% - Gás sulfídrico (SH,) - traços -

- Amônia (NH,) - traços - Hidrogênio - 1 a 3% A potência calorifica do biogás depende do teor de metano que contém, uma vez que os demais gases, com exceção do hidrogênio e do CO,, não concomem para a realização da combustão. O poder calorífico varia de 5.000 a 6.000 kcal/m3, e 1 metro cúbico de biogás equivale em média a - 0,735 a 1.5 kgf de carvão de lenha (conforme a umidade contida na mesma) - 0,553 1 de 61eo diesel -0,613 1 de gasolina comum -0,790 1 de áicool hidratado - 1,538 a 3,5 kgf de lenha (com 10% de umidade e seca, respectivamente) - 0,579 1 de querosene - 0,454 kgf GLP - 1,428 kWh de energia elétrica O biogás pode ser usado em lampiões, fogões, aquecedores de água, geladeiras de sistema de absorção e motores de combustão interna. O metano, que constitui a maior parte do biogás, é incolor, inodoro, insípido e inflama-se com facilidade, com chama pouco luminosa. Sua densidade é 0.77. E conhecido como grisu pelos mineiros, e como gás dos pânranos. Para se melhorar o poder calonfico do biogás, dissolve-se na água, por borbulhamcnto, o CO, nele contido e pode-se com isso chegar a obter até 9 5 8 de metano, com poder calonfico de 8.500 kcal. Em instalações rurais, contudo, isso não é feito. O biogás tem o odor típico do estábulo e não é venenoso. Entretanto, em recinto fechado. pode provocar asfixia. Para remover a umidade do biogás, uma soluçáo consiste em fazê-lo passar pelo interior de um tubo parcialmente cheio de cal virgem (CaO).

17.3.1 Ação das bactérias na biomassa Todo o processo bioquímico que se desenvolve nos biodigestores resulta de ações de várias categorias de bactérias anaeróbias, cada qual desempenhando uma operação bem definida. Podemos dividir o processo em três fases: a) Fase sólida. A biomassa ainda se encontra em estado sólido, embora possa já estar colocada na água. As bactérias femtentativas produzem enzimas que atuam sobre os complexos orgânicos da biomassa, provocando o craqueamenro dos polímeros, lipídios, glicídios e protídios. transformando-os, respectivamente, em ácidos graxos, glicose c aminoácidos. Essas bactérias são numerosíssimas e proliferam com extraordinária rapidez. b) Fase líquida ouformação ácida. Entram em ação as bactérias acetogénicas, acidogénicas e propiono~énicas,transformando os monômeros citados em ácido acético, ácido orgânico e ácido propiônico. c) Fase gasosa ou fermentação mecânica. As chamadas bactérias metanogênicas atuam sobre os ácidos orgânicos formados na fase anterior e produzem metano e gás carbonico, isto é, os componentes principais do biogás. As bactérias anaeróbias, para sua sobrevivência, multiplicação e desempenho, necessitam de carbono (para o dispêndio de energia) e de nitrogênio (para a formação celular e reprodução). Se o teor de nitrogênio na hiomassa for muito baixo, a multiplicação bacteriana se fará lentamente e a produção de biogás tomar-se-á pequena. Se, pelo contrário, for excessivo, haverá grande produção de amônia, e o biodigestor poderá deixar de fornecer metano em escala desejável. A quantidade de carbono necessária ao desempenho das bactérias é cerca de 20 a 30 vezes maior que a de nitrogênio. sendo a relação carbonolnitrogênio, C/N, um dos índices que caracterizam a produtividade de biogás a partir de uma biomassa. Os materiais à base de celulose (C,H,,O,),, como a palha e a serragem, possuem elevado teor de carbono, de modo que podem ser usados como corretivos de biomassas com elevado teor de nitrogênio.

Tabela 17.3 Relação C/N para vários tipos de biomassa

I

Material

Dejetos de bovinos " de equinos " de suinos " de aves " de humanos Palha seca Palha de arroz seca Capim folha estreita Haste de soja Serragem

1

Relacáo C/N

1

Pode-se dizer que quanto mais elevado o teor de C/N,maior a quantidade de biogás que será produzida, sendo a relação C/N compreendida entre 20 a 30 considerada muito boa. A Tab. 17.3 mostra que, para dejetos humanos, a rela~ãoC/Né igual a 2.9: 1, o que explica por que uma fossa séptica de esgotos prediais, embora produzindo também metano, não pode, a rigor, ser considerada como um biodigestor.

17.4 DOSAGEM DA BIOMASSA PARA EMPREGO NO BIODIGESTOR Para a realização das três fases ou etapas de atividade bioquímicas referidas, é necessário que a biomassa seja misturada com igua, segundo proporçi~sque variam de acordo com o tipo de biomassa. A inobsewância desse cuidado pode comprometer o resultado almejado com a instalação do biodigestor. A Tab. 17.4 permite fazer-se uma idéia do volume de água (litros) que deve ser acrescentado a cada 100 kgf de uma determinada biomassa para uma boa produção de biogás.

Tabela 17.4 Volume de água a ser adicionado a diversas biomassas para uma boa produqáo de biogás Peso da biomassa

Volume de 6gua

Tipo de biomassa

(kgD

(1)

Dejetos de bovinos de equinos de ovinos de caprinos " de suínos de humanos Restos de cultivos Estrume de aviários Aguapé

100 100 100 100 100 100 100 100 100

100 193 317 321 130 118 868 880 21

" " "

"

17.5 C O N D I ~ Õ E S PARA O BOM FUNCIONAMENTO DO BIODIGESTOR O biodigestor é uma câmara onde, fora da claridade e da presença do ar, realiza-se a digestão da biomassa pelas bacténas anaeróbias. Como veremos, existem diversos tipos de biodigestores, mas um certo número de prescrições são comuns a todos eles. Vejamos as principais. - Teor de água, de acordo com a natureza da biomassa. - Água isenta de desinfetantes, detergentes, produtos clorados e defensivos agrícolas. - Temperatura da biomassa no biodigestor entre 30°C e 37°C. Fora desses limites, a produção de biogás não atinge valores satisfatórios. Deve-se recorrer a um processo que, em caso de frio, aqueça a biornassa em processo. Uma serpentina com água quente aquecida com o próprio gás do biodigestor é uma das soluções adotada. Outra é misturar a carga diária de estrume fresco com água não muito quente. Pode-se também deix- a carga em decomposição aeróbia alguns dias, antes de colocá-la no biodigestor. - Ligeira alcalinidade da água. O pH deverá situar-se entre 7,2 a 8,2. Para comgir uma eventual acidez, usa-se adicionar água com cal na proporção de 200 a 300 gramas de água de cal por metro cúbico de biomassa. - O capim, a palha e materiais fibrosos em geral devem ser picados e colocados num tanque de pré-fermentação antes de serem despejados no biodigestor, pois, além de terem um processo de fermentação lento, tendem a flutuar na câmara, prejudicando o bom rendimento do processo. - Nos modelos de biodigestores onde seja possível, é conveniente usar um sistema de agitação do conteúdo para evitar a formação e consolidação de crostas na superfície. A agitação é processada duas vezes ao dia. Em instalações de pequeno porte, este recurso não é utilizado, a não ser em intervalos de tempo bem maiores. - A quantidade total de sólidos voláteis na mistura de biomassa e água com a qual o biodigestor é alimentado deve ser mantida entre 8 e 10%.

17.6 BIOFERTILIZANTES O resíduo, sob a forma de uma massa entre pastosa c líquida, é removido do biodigestor e constitui um excelente fertilizante para o solo. A produção desse biofertilizante constitui urna vantagem adicional no emprego dos biodigestores em sítios, granjas e fazendas. As propriedades dos biofertilizantes e o emprego dos mesmos como apoio na fertilização do solo por adubos químicos

são conhecidos dos agricultores, tomando-se dispensável sua enumeração. Verificou-se na China, onde o biofertilizante é muito empregado, que, com o uso do mesmo. conseguiu-se um aumento de produtividade superior a 28% no cultivo do milho, de 10 a 14% no do arroz e de 12.5 a 16% no do trigo.

17.7 BIODIGESTORES O biodigestor é uma câmara na qual, fora do contato com a luz e o ar, processam-se os fenômenos bioquímicos meiicionados no item 17.3, graças aos quais se formam o biogás e os biofertilizantes. Um biodigestor consta essencialmente de: -Um tanque digestor que contém a biomassa e no qual se realizam as ações fermentadoras,acidogêriicas e mctanogênicas dos diversos tipos de bactérias. -Um armazenador para o biogás produzido, que pode ser um gasometro de abóbada fixa ou de campânula flutuante.

ClassiJicação Os biodigestores classificam-se, conforme o sistema de alimentação dos mesmos, em: de alimentação contínua ou de sistema contínuo. Recebem a carga de biomassa sob forma sc~milícl~ em escala cada vez maior. -Biodigestores de ulimentução intermitente ou de hutelada (hatch tvpe). São carregados com a carga total de biomassa, a qual fica retida até que seja completado o processo da biodigestão. Esse processo é lento, porque material lançado é, no caso, de biodecomposição demorada. Esgotada a capacidade de produção da biomassa colocada. o biodigestor é esvaziado e despejada nova carga de matéria-prima. Esse tipo não é usado em instalaçóes de pequeno porte, pois deverá haver uma unidade paralela, que entre em operação quando a outra estiver sendo esvaziada. recarregada, e entre na fase de produção de biogás. Usa-se quando não existe continuidade no supnmcnto das hiomassas que nele devem ser colocadas. -Biodigestores

17.8 EMPREGO DO BIOGÁS O biogás é conduzido por encanamento até os aparelhos de consumo, da mesma forma que o gás de rua ou o G1.P. Um botijão de GLP de 13 litros equivale a cerca de 28 m' de biogás. A pressão desejável para o bom funcionamento dos queimadores é de 8 a 10 cm de coluna de água (0,008 a 0.01 kgf . ~ m - e~de) 15 a 20 cm de c.a. para lampiões. A Tab. 17.5 apresenta o consumo, em m3/hora,de diversos aparelhos ou máquinas que podem funcionar com biogás.

Tabela 17.5 Consumo de biogás em várias serventias Uso

Consumidor

Consumo de biogás

Cozinha Cozinha Cozinha Cozinha Cozinha Cozinha Iluminação Refrigerador

Por pessoa Queimador com 5 cm (2") de diâmetro Queimador com 10 cm (4") de diâmetro Queimador com 15 cm (6")de diâmetro Fewura de água a 10093 Fomo (assado) Uma lâmpada de camisinha Queimador

0,33 a 0,42 m3idia 0,32 m3/hora 0.46 m3/hora 0,63 m3/hora 0,08 m3Aitro 1 m3125minutos 0.07 a 0.08 rn3h/h«ra 0,034 m3/pé' do

Incubadeira

Queimador

0.60 m'lm3do

espaço internohora

Potência útil (ao freio)

Motor a gasolina Motor diesel

espaço da incubadeirahora 0,45 a 0,55 m31cv/ hora 0,32 a 0,45 m'lcvl hora

Observaçio: A utiliza$ão de motores exige cenas providências de regulagem e adapta~ão.

712

Ittçtalnçõrs HidrRulicas Prediais c Indirstriais

A produção do gás metano a partir de biomassas animais se processa e se completa inteiramente em cerca de 90 dias após o seu lançamento no biodigestor. Vinte dias após o carregamento do biodigestor, começa a produzir-se o metano. A produção vai aumentando até o final das três semanas seguintes, e a partir de então decresce progressivamente. Costuma-se calcular os biodigestores para um período de incubamento, isto é, de produção efetiva, de cinco a seis semanas (35 a 42 dias). Durante o período de 42 dias entre o carregamento e o descarregamento, no tipo de alimentação intermitente, pode-se admitir que 1 m3de estrume incubado no biodigestor produz cerca de 0,5 a 0,7 m3de biogás por dia, ou um total aproximado de 30 m3 de biogás com 55% de metano.

17.10 DEFINIÇÕESDE TERMOS USADOS NO PROCESSO D E BIODIGESTÃO 17.10.1 Tempo de retenção TR É o tempo durante o qual o material permpnece no interior do biodigestor. Existem dois TR importantes: a) Tempo de rerençáo hidráulico (TRH). E o tempo, em dias, que o líquido passa no biodigestor. É obtido pela relação entre o volume total do biodigestor V, e o volume de líquido V adicionado diariamente. TRH

V,,,, V (água adicionada diariamente)

=

b) Tempo de retenção de sólidos (TRS). É o tempo, em dias, durante o qual a fração orgânica sólida permanece no biodigestor. O TRH é igual ao TRS quando se realiza agitação perfeita no biodigestor. Os valores de ambos são quase iguais, de modo que, quando se fala em tempo de retenção do biodigestor, está-se fazendo referência ao TRH. O tempo de retenção hidráulico varia de 10 a 50 dias. Quanto menor o TRH e maior o grau de decomposição da biomassa, melhor será o desempenho do biodigestor. Matéria seca (M.S.)ou sólidos totais (S.T.) é o peso de uma amostra após haver sido removida toda a umidade da mesma. O esterco bovino possui de 15 a 20% de M.S. A matéria seca é formada de material orgânico digerível ou sólidos voláteis (S.V.), indigenvel ou sólidos fixos (S.F.), ou cinzas. M.S.

=

S.V.

I

S./.'.

Sólidos voláteis (S.V.) vêm a ser o peso dos sólidos orgânicos que são queimados quando a matéria seca (M.S.) é incinerada em mufla a 550°C. E a quantidade de sólidos que pode ser decomposta pelas bactérias. O teor de sólidos voláteis na matéria seca de esterco bovinõ é de 80 a 85%. Sólidosfixos (S.F.) são o peso do material que permanece após a incineração do material orgânico. Constituem as cinzas. No caso de esterco de bovinos, têm-se sólidos fixos = 15 a 20% de matérias sólidas. Influente é a matéria-prima convenientemente diluída ou misturada com água e pronta para ser colocada no biodigestor. Em geral, o influente contém de 3 a 15% de sólidos totais (S.T.). Efluente é o material que sai do biodigestor após haver sofrido o processo de fermentação anaeróbia. ~

~

17.11 DIMENSIONAMENTO DOS BIODIGESTORES Embora cada tipo de biodigestor tenha suas particularidades de projeto, uma parte do dimensionamento é comum ao de um mesmo modelo. Podemos, portanto, fazer um pré-dimensionamento das partes essenciais do biodigestor, que são a câmara de digestão e o gasômetro. O dimensionamento parte do conhecimento do consumo que se deseja obter do biodigestor. Verifica-se, em seguida, a disponibilidade de biomassa, para se saber se a produção para tal consumo é viável. Como exemplo, suponhamos uma granja onde existe gado leiteiro, criação de porcos e galinhas, na qual se deseja atender ao conforto de sete pessoas.

17.11.1 Consumo diário de biogás Cozinha: 7 pessoas X 0,40 m3/pessoa = 2.80 m31dia Iluminação: 5 camisinhas X 0,07 m31h x 4 h = 1.40 m3/dia 1 Motor de bomba de 1 cv, 2 horasldia

Consiirno diário total

= 5,10

rnydia

Vamos supor que seja usado estrume bovino. 1 m3do mesmo produz 30 m3de biogás, com 55% de metano. Admitindo que 1 m3de estrume fresco misturado com água fique com um volume de 1,5 m3, teremos para o consumo diário de estrume:

Raciocinando na base de peso de estrume fresco, considerando que o estrume de um boi produz cerca de 340 a 368 1 de biogás por dia e admitindo 340 1, teríamos necessidade de 5.100 1 + 340 = 15 cabeças de gado bovino. Pelo critério de considerarmos 36 1 de biogás por 1 kgf de estrume fresco, teríamos: 5.100 + 36 = 144 kgh

Considerando uma produção de i O kgf de estrume diário por cabeça, teremos 144 + 10 = 14,4, ou seja, 15 cabeças de gado.

17.11.2 Emprego de biodigestor modelo indiano A quantidade diária de gás necessária para o caso que estamos considerando é de cerca de 5 m3. Período de consumo máximo O pico de consumo se verificará no horário de preparo do jantar, quando o fogão estará em funcionamento e as Iâmpadas acesas. A duração será de aproximadamente 2 horas. Durante esse intervalo não se ligaria a bomba. -Convém notar que o fogão funciona também durante o tempo de preparo do almoço, de modo que o consumo de gás no fogão se distribuirá durante 4 horas. - Cozinha. 2.80 m3 4 4 horas = 0,7 m3/h Como a noite o tempo de uso do fogão é de 2 horas, teremos .................................................................... 1,4 m3/h - Iluminação. 1.40 m3 + 2 horas ............................. 0,7 m3/h Total ........................................................................ 2,l m3/h Durante as duas horas do pico, o consumo será, pois, de 2,l m3. Arredondemos para 2,5 m3. Volume de gás que já deveria ter sido produzido e armazenado para atender ao período do pico. a) Volume produzido durante as 2 horas de pico:

b) Volume que já deverá estar armazenado no início do pico V,

=

2,s m' - 0.417 rn,'

=

2,083 m,'

Dimensionamento do biodigestor (Fig. 17.1) a) Relaçáu entre o volume do bic~digestore o volume de gás necessário por dia. Chamemos de V,,o volume do biodigestor e de V , o volume de gás consumido por dia. Adota-se VI,,! V , (por dia)

_

1.4

b) Volume da câmara de digestão do biodigestor (V,,) Volume do biodigestor = 1,4 X Volume de gás necessário por dia. V,,,, = 1.4 x

c) Kela~ãoentre o diâmetro interno D, e a altura H

5 rn"/dia = 7.0

m:'

714


C O R T E

TANOUE

A A

DE CARO&

TANWE DE DESC4Rüb

PLANTA

Fig. 17.1 Biodigestor indiano para 5 m3de gás por dia.


715

A altura H deve ser compatível com a profundidade do lençol freático. d) Diâmetro interno D,da câmara de digestão

Adotenios H = 2.50 m

= 1.888 m Arredondemos para D,

D,

=

2 rn.

Gasômetro a) Volume de gás que deverá estar armazenado no início do pico = 2,083 m3 b) Volume que deverá ser produzido durante as 10 horas diárias em que o consumo é pequeno. 5 m:' x I0 horas 24 horas

-

2.08 m"

Diâmetro interno do gasômetro D,

Altura do gasômetro constmído em chapa de aço de 2 mm. h , = altura da coluna d'água representativa da pressão a que o biogás deve estar submetido para poder ser disíribuído = 0,15 m. O volume do gasômetro V, será

Substituindo: 2.083

=

3.14

r

2.0' x ir, 4

A altura imersa do gasômetro, h,, será, portanto,

A altura total h do gasômetro li

=

l i , t li2 = 0.150 + 0.663

-

0.813 rn

Peso do gasômetro mais lastro O peso do gasômetro com o lastro que se colocará sobre o mesmo deve equilibrar a força ascencional devida à pressão do gás. Seja P a pressão, em kgf . cm-', correspondente a 15 cm de coluna d'água.

A força ascensional F devida à pressâo do gás será:

F =P

X

S S sendo a área circular da tampa do gasômetro.

No caso,

.v

L

-

-~-

4

3.14xF 4

-

3.14 rn'

-

31.400 crn'

A força F, que deverá ser igual ao peso do gasômetro mais lastro, será:

I

0.015 x 31.400cm'= 471 kgf

-

A área de chapa será Circulo:

T

i

D

-

--

4

3,14 m2

Área lateral: n . D, . (h, + h,) = 3.14 X 2 (0,663 + 0,150) = 5,1056m2 Área total = 3,14 + 5,1056 = 8,24 m2 Ao usarmos chapa U.S.G. 14 (1,Y mm) pesando 15.26 kgf/mz, teremos, sem contar o peso de cantoneiras, tirantes e soldas: 8.24 X 15.26 = 125 kgf

O lastro a acrescentar seria de aproximadamente 471

-

125 = 346 kgf

17.11.3 Operação do biodigestor indiano (recomendaçáo da CAEEB) Carregamento inicial a) Carregar a caixa de entrada com matenal que tenha sido parcialmente decomposto por digestão aeróbia (em contato com o ar) por uma ou duas semanas. h) Deixar o matenal em digestão aeróbia por cerca de três dias, até que alcance uma temperatura alta. C)Encher a cuba de fermentação com água e colocar a campânula. d) Juntar, se houver, todo o resíduo proveniente de outro biodigestor. e) O gás que se forma nos primeiros 10 a 20 dias é pobre em metano, de modo que é bom deixá-lo escapar, só se aproveitando o gás depois deste período.

Operação contínua a) Misturar diariamente o estrume disponível com a mesma quantidade de água, até formar-se uma suspensão uniforme no tanque de entrada. b) Os materiais vegetais (folhas, capim, palhas, frutas etc.) devem ser finamente cortados ou triturados para serem, então, incorporados à suspensão de estrume. c) Ocorre uma certa condensação de água na tubulação de condução do biogás aos aparelhos. Para drenar essa água, coloca-se um registro de macho em uma derivação na parte baixa do encanamento para purgar periodicamente a água que aí se depositar. d) Se possível, agitar duas vezes ao dia a suspensão de biomassa na cuba.

17.11.4 Emprego do biodigestor modelo chinês A Fig. 17.2 mostra um biodigestor modelo chinês, e a Tab. 17.6 fornece as dimensões principais do mesmo para quatro capacidades de produção. Vemos que, para o fornecimento diário de 5 m3 de biogás, a volume do compartimento de carga corresponde a 10 m', o diâmetro D, será de 3 m e a altura H, de 2.96 m. O biodigcstor chinês possui o gasômetro coberto por uma abóbada com uma abertura na parte superior. para acesso dos operários durante a constm<;ãoe manutenção.

Tabela 17.6 Dimensões de biodigestores chineses de quatro tamanhos, com abóbada de alvenaria. Período de incubacão de 42 dias Volume de carga m3

6 8 10 12

Produção de biogás por 24 horas

Dimensões do biodigestor em mm L

6.880 7.340 7.500 8.140

H

2.700 2.880 2.960 3.120

D,

2.800 3.080 3.400 3.600

4 2.400 2.680 3.000 3.200

4 1.000 1.400 1.500 1.500

R1 2.500 2.680 2.760 2.920

R2 1.200 1.350 1.500 1.600

h, 280 400

440 480

h2 500 1.360 1.500 1.600

h,

1.000 1.000 1.000 1.000

Fig. 17.2 Biodigestor modelo chinês para 3 m3de biogás cada 24 horas. Abóbada de alvenaria.

718


O fundo do biodigestor tem a forma de uma calota esférica, e a parte superior, a de uma abóbada, em geral hemisférica. podendo ter a forma de uma calota ou outra forma que, estruturalmente, convenha ao peso próprio e ao carregamento de aterro sobre a mesma. Pedreiros competentes sabem executar com perfeição e segurança tais abóbadas em tijolos maciços. Pode-se construir a abóbada em concreto, sendo, nesse caso, trabalhosa a confecção da forma. As caixas de carga do influente e descarga do efluente são de alvenaria, com revestimento impermeabilizante, e quando se usam tampas, deve-se deixar passagem para que o ar exerça a pressão sobre as superfícies livres da mistura líquida no tubo de alimentação e no compartimento de regulagem de pressão e descarga do efluente.

17.11.5 Operação do biodigestor chinês (recomendação da CAEEB) Carregamento inicial a) Deixar o matenal fermentado fora do biodigestor por uma ou duas semanas, dependendo da qualidade do material e da temperatura ambiente. b) Misturar o matenal com porção igual de água, na caixa de carga. c) A carga no biodigestor deve ser feita ao mesmo tempo, ou logo após o descarregamento do efluente, com a finalidade de evitar modificação na pressão do gás no interior da câmara. d) Retirar o efluente, utilizando uma vasilha (p. ex., uma lata de querosene) ou bomba manual adequada (p. ex.. bomba de diafragma manual, tipo "sapo"). e) A quantidade de efluente que deve ser retirada diariamente pode ser determinada por meio de uma régua graduada colocada no interior da caixa de descarga. O nível de suspensão na caixa de descarga, depois da operação de carga e descarga, deve ser o mesmo de antes desta operação. REOISTRO MACHO safo4 BIOOAS

co

TUBO P V C 3/4"

PLANTA

MANGMETRO

NOTI : NEDID4S EM CENTIMETROS

ILkENARIA D E

1

150

CORTE

Fig. 17.3 Biodigestor em lona plistica de fluxo horizontal modelo 1PqM-M I .

A A


719

720

Instalações Hidráulicas Pr~diaise Industriais

Operaçâo continua a) O biodigestor poderá ser alimentado automaticamentepela caixa de carga, canalizando para ela, diretamente, os dejetos de estábulos, pocilgas, aviários e até latrinas. b) É aconselhávelouso de duas a tres cargas por mês de matéria orgânica vegetal (capim. folhas, restos de culiivos etc.) anteriormente fermentada em contato com o ar durante cerca de 10 dias. c) O biodigestor deve ser limpo, isto é, removido todo o seu conteúdo, duas vezes por ano. segundo recomendado na China.

17.11.6 Emprego de biodigestores de materiais plásticos No Brasil. além dos valioiosuabalhob sobre biodigestorcs realizados e apresentados em relatórios pela EMATER (F.mpresa de Arristència Técnica e Exrensáo Rural do €%tadodo Rio de Janeiroj. pela FINEP (Financiamento de Estudos e Peiouisas). Auxiliar dc Emoresas Elétricas Brasilcirasi. ,. ~ ,do . Ministério da Educacáo e Cultura. wla CAEEB (Comnanhia . do Ministério das Minas e Energia, e pelo CNPq (Conselho Nacional de Pesquisas), são de muito valor os do IPqM (Instituto de Pesquisas da Marinha) e do LHISAMA (Laboratório de Hidráulica, Saneamentrre Meio Ambiente da Universidade Cat6lica do Paraná). O iPqM e o LHISAMA projetaram e ensaiaram biodigestores de grandes e de pequeno porte, estes para o uso mral, fabricados com lona plástica e fibra de vidro, o que os toma baratos e muito simples de instalar e operar. A Fig. 17.3 mostra o biodigestor em lona plástica de fluxo horizontal modelo IPqM-MI. Vemos. na Fig. 17.4, o corte esquemático de um biodigestor modelo LHISAMA com um volume total de 10,50 m3. A empresa Plastisul -Artigos Plásticos Sul Industrial Ltda., de Sapucaia, RS, fabrica biodigestores de polietileno, muito leves, práticos e de baixo custo. O biodigestor Plastisul tem o formato de um tubulão colocado em uma vala de fundo plano e horizontal. Na parte central da vala é deixada uma saliência que servirá como um septo na câmara de digestão. O tubulão tem duas aberturas, sendo uma para lançamento da massa e a outra para a remgão de efluente fertilizante. A fixação do recipiente plástico ao'solo se faz com dois paus roliços de 5 m por 15 cm de diâmetro, colocados nas extremidades, como mostra a Fig. 17.5. Na parte superior do gasômetro, existe uma adaptação para a instalação da tubulaçáo que irá conduzir o biogás aos locais de consumo. No ramal, coloca-se um manômetro, um registro de macho e, eventualmente,um purgador para eliminar a água que venha a se condensar na tubulação, ap6s um certo tempo de funcionamento da instalação. O biodigestor não deve receber a incidência dos raios solares, pois a elevada temperatura seria fatal para o bom desempenho do processo bioqnímico. Protege-se por isso o biodigestor com uma lona plástica preta, disposta sobre uma armação de madeira ou bambu seco (taquara) colocada sobre ele e afastada uns 30 cm. Enquanto não houver produção de biogás que provoque a inflagem da parte superior do tubulão plástico (gasômetro), deve-se manter o plástico fora do contato com a biomassa, suspendendo-o por uma corda presa no local de saída do gás.

.

.

~

b._ ~

. L

~

L

~

~

C-4??4 >E 4

0

~

~

~~~~

~

8.80 ~~~

.

d

Fig. 17.5 Biodigestor de polietileno da Plastisul.

Finep. Geradores populares de biogás. CAEEB. Comp. Aux. de Emp. Eltt. Brasileiras. O bio@ e suo teotdogio. 1981. SCANZERLA. Edílio. Biodi$e.
~~


721

AISSE. Miguel Mansur e Nicolau Leopoldo Abladen. Tratamento deesgorospor biodigesrão anaeróbia. CNPq. ITAM. IPPUC, LHISAMA-UCPr, 1982. D'AVILA. E.S. Biodigesrores industriais. Servi~ose projefos industriais. Curitiba, 1981. GOMES, C.S. E,~tudoTécnico de biodigesrores airemativos. COPEL. Curitiba. 1980. HESS, A.A. O Esterco e o gás metano ou biogás. Concórdia, ACARESC. 1979. PARCHEN, C.A.P. Curso concentrado de biogár para técnicos da iniciativa privada. EMATER-PRiACARPA, Curitiba, 4-7 agosto 1980. Universidade Católica do Paraná. Laboratório de Hidriulica. Saneamento e Meio Ambiente. Esrudo técnico de biodigesrores anaeróbios. Plano de Trabalho BIODIG - 003lCOPEL. Curitiba, 1981. SILVA, Normando Alves da. Manual de biodigesrores modelo chinês. MMEJMAIEMBRATER, 1980. SATHIANATHAN. M.A. Bio-Gas Achievements & Challenges. Association of Voluntary Agencies For Rural Development. Laksbmi B w k Ston. New Delhi 110001, 1975. SILVA. Reinaldo Femandes da. Biogds - EMATER -Rio. BATISTA, Laurentino Femandes. Conrtnrpio e operasão de biodigesrores - Embrater. PINTO.Maio da Silva. Agunpé: um problema que é soluçdo. Carta Mensal da Confederação Nacional do ComCrcio. Maio, 1984.

-

Cat4logos Catálogo Geral de Equipamentos e Serviços - Embrater. Biodigestores Horizonmis e Verticais Penha. Companhia Penha de Máquinas Agrícolas. Ribeirão Preto, São Paulo. Biodigestor Plastisul. Plasiisul -Artefatos PIBsticos Sul Industrial Ltda. Sapucaia do Sul - RS. Fogões e Aquecedores a BiogL -Companhia Geral de Indiistrias.

Tabelas Úteis Nos capítulos anteriores foram apresentados tabelas e gráficos utilizáveis especificamente em cada um deles. Julgamos válido acrescentar algumas outras que, pela sua natureza e generalidade, podem encontrar aplicação em vános dos assuntos tratados.

Tabela 18.1 Comprimento Unidades inglesas usuais

Equivalente métrico

1 polegada (one inch) I pé (onefoot) I jarda = 3 pés 1 milha inglesa

0,0254 m 0,3048 m 0,9144 m 1óO9.3 m

Unidades métricas

Equivalente inglês

I centímetro I metro (m) 1.000 metros (quilômetro)

0,0328 pés = 0,394 pol. 3,281 pés = 39.37 pol. % de milha inglesa

Tabela 18.2 Area Unidades inglesas I polegada quadrada (I sq. in) 1 pé quadrado ( I sq. ft)

Equivalente métrico 6,4516 cm2 0,0929 m2

Unidades métricas

Equivalente inglês

I centímetro quadrado I rnetro quadrado 1 hectare (10.000 ml)

0,155 pol. quadrada 10.76 pés quadrados 2.47 1 acres

Tabela 18.3 Volume e capacidade Unidades do sistema inglês

Equivalente métrico

1 pé cúbico (cu.ft) 1 galão americano I galão imperial I polegada cúbica (cu.in) I barril

28,317 litros 3,7853 litros 4,546 liiros 6,387 cm' 119.215 litros

Medidas métricas .

Equivalente inglês

1 litro (L ou I)

I m3

0,0353 pé cúbico 0,264 galão americano 0,220 galáo imperial 1,308 jarda cúbica

Tabelas Úteis

Tabela 18.4 Peso Unidades inglesas

Equivalente mbhico

1 onça = 8 oitavas 1 libra peso = 16 onças

28.35 gramas 0,454 quilograma

Unidades mbtricrs

Equivalente inglês

I grama 1 quilograma peso (kgf) 1 tonelada métrica = 1.O00 kgf

15.43 grãos = 0,053 onça 2,205 libras peso 0,984 t. bnita 1,102 t. líquida

Tabela 18.5 Pressão 1 baria 1 pé de coluna d'água

1 libra por pé quadrado (p.sq.ft) 1 libra por pol. quad. (1 psi) 1 atm de 29.922 pol. de mercúrio (760 mm de mercúrio) 1 pol. de mercúrio 1 pé de altura d'água 1 pé de altura d'água do mar 1 pé de altura d'água 760 mm col. mercúrio 1 pol. de altura d'água a 62°F

l atmosfera 1 libra de água por pol. quad. a 62T 1 pol. de altura de mercíirio 1 kgflcm2 I kgf/m2 1 metm de coluna d'água

= 0,001 019 g/cm2 = 62,425 libras por pé quadrado = 0.4335 libras por pol. quadrada = 0.0295 atmosfera = 0,8826 pol. de mercúrio a 30°F = 773.3 pés de ar a 32 F e pressão atmosférica = 0.01602 pé de coluna d'água = 2.307 pés de coluna d'água = 33.9 pés de altura d'água = 14,696 psi = 1,133pés de coluna d'água = 0,001 293 p-5 de coluna d'água = 1,026 pés de coluna d'água pura = 62,355 libras por pé quadrado = 0,43302 libra por pol. quadrada (psi) =. 29,922 pol. coluna de mercúrio = 0,5774 onça = 0,036 085 libra por pol. quadrada = 1,083 kgf~cm-~= 14,696 Ib/sq.in = 2,3094 pés de coluna d'4gua = 0,491 19 libras por pol. quadrada = 14,2233 1blsq.in (ou psi) = 0,9678 atm = 10 m.c. água = 0,204 Ib/sq.in (ou psi) = 0,1 kgfa~m-~

Tabela 18.6 Descarga 1 pé cúbico por segundo

1 rnY hora

= 448.83 galks americanos por minuto = 0,028 m3por segundo = 4.40 gpm

723

724


Tabela 18.7 Fatores de conversão (conforme o Manual da Thcnica de Bueiros e Drenos, da ARMCO) Multiplicar Are Are Atmosfera Atmosfera Atmosfera Atmosfera Cavalo vapor Cavalo vapor Cavalo vapor Cavalo vapor Centiare Centímetro Centímetro quadrado Centímetro quadrado Centímetro cúbico Centímetro cúbico Centímetro cúbico Centímetro cúbico Centímetro por segundo Dina Galão americano Galão americano Galão americano Galão americano Galão americano Galão americano Galão americano plminuto GalBo americano plminuto Grama-força Jarda Jarda Jarda Jarda Jarda quadrada Jania cúbica Jarda cúbica Jarda cúbica por minuto Jarda cúbica por minuto Libra Libra Libra de água Libra de água Libra por p5 Libra por pé quadrado Libra por pé cúbico Libra por pé cúbico Libra por pé cúbico Libra por polegada Libra por pol. quadrada Libra por pol. quadrada Libra por pol. quadrada Libra por pol. cúbica Libra por pol. cúbica Litro Litro Litro Litro Litro Litro por minuto Litro por minuto hg,o N 4,N Metro Metro Metro Metro quadrado M e w quadrado Metro quadrado

Por 0.0247 1 100 76 10.333 14.70 33.9 1.014 0,7457. 33.000 550 1,O 0.3937 1,076 X10-' 0,1550 2,642 X 10-' 3.531 X 10-' 6,102 X 10.' 1,308 X 10-6 0,032 81 1.02 X 10-' 3.785 3,785 3,785 X 10.' 0,1337 23 1 4,951 X 10.' 0,063 08 2,228 X 10-' 980,7 91.44 0,9144 3.0 36,O 0,8361 764.6 0,7646 12.74 0.45 0,4536 4448 0.016 02 27,68 1,488 4.882 0,016 02 16.02 5,787 X 10-' 178.6 0.07 2,307 2,036 27.68 2,768 X 10-' 0,2642 0,035 31 61.02 0,2642 1.308 x 10-' 4,503 X 10-' 5,885 x 10-' 2.303 4.343 3,281 39,37 1,094 2,471 X 10-' 3,861 X 10-' 10,76

para obter Acre Metm quadrado Centímetros de coluna de mercúrio Quilograma-foqa por m2 Livra por pol. quadrada PC de altura d'tígua Cavalo vapor (mCtrico) Quilowatt P t libra por minuto PC . libra por segundo m2 Polegada PC quadrado Polegada quadrada Galões americanos PC cúbico Polegada cúbica Jarda cúbica PC por segundo Grama-força Centímetro cúbico Litro Metro cíibico PC cúbico Polegada cúbica Jarda cúbica Litro por segundo P t cúbico por segundo Dina Centimew Metm PC Polegada Metro quadrado Litro Metro cúbico Litro por segundo PC cúbico por segundo Quilograma Dina PC cúbico Polegada cúbica Quilograma-força por metro Quilograma-força por m' Grama por cm3 Quilograma-força por m3 Libra por pol. cúbica Grama por centlmetro Quilograma-foqa por cm2 P t de altura d'água Polegada de mercúrio Grama por cm3 Quilograma por m' Galão americano Pé cúbico Polegada cúbica Galão americano lardas cúbicas Galão por segundo PC cúbico por segundo

.

N

h,, N

Pt Polegada Jarda Acre Milha quadrada Pt quadrado

Tabelas Úteis

725

Tabela 18.7 (ContinuaçSo)Fatores de conversão (conforme o Manual da Técnica de Bueiros e Drenos, da ARMCO)

I

Multiplicar Metro quadrado Metro cúbico Metro cúbico Metro cúbico Metro cúbico Metro cúbico Metro por minuto Metro por minuto Metro por minuto Metro por minuto Metro por minuto Metro por segundo Metro por segundo Metro por segundo Metro por segundo Metro por segundo Metro por segundo Mícmn Milímetro Milímetro quadrado Milha Milha )Milha Milha quadrada Milha por hora Milha por hora Milha por hora Milha por hora Milha por hora Milha por minuto Milha por minuto Milha por minuto Newton N6 Nó Pé Pé Pé Pé quadrado Pé quadrado Pé quadrado Pé cúbico Pé cúbico Pé cúbico Pé cúbico Pé cúbico Pé cúbico Pé cúbico por minuto Pé cúbico por minuto Pé cúbico por minuto Pé cúbico por minuto P6 cúbico por segundo Pé cúbico por segundo Pé cúbico por segundo Pé de altura d'água Pé de altura d'igua PC de altura d'igua Pé de altura d'igua Pé por minuto Pé por minuto Pé por minuto Pé por minuto Pé por minuto P6 por segundo Pé por segundo PC por segundo Pé por segundo Pé por segundo

I

Por

I

para obter Iarda quadrada Quarto (líquido) Galão americano Pé cúbico Polegada cúbica Jarda cúbica Centímetro por segundo Quilômetro por hora Milha por hora Pé por minuto P6 por segundo Quilômetro por hora Quilômetro por segundo Milha por hora Milha por minuto P6 por minuto Pé por segundo Centímetro Polegada Polegada quadrada Centímetro Quilômetro Jarda QuilGmetro quadrado QuilBmetro por hora Metro por minuto N6 por hora P6 por minuto P6 por segundo Centímetro por segundo Quilômetro por minuto N6 por minuto Grama-força Quilômetm Milha Centímetro Metro Polegada Centímetro quadrado Metro quadrado Polegada quadrada Centímetro cúbico Galão americano Liw Metro cúbico Polegada cúbica Jarda cúbica cm3por segundo Galão por segundo Libra de água por minuto Litro por segundo Galão americano por minuto Litro por segundo Galáo imperial por minuto Atmosfera Quilograma por m2 Libra por pé quadrado Polegada de mercúrio Ceniímetro por segundo Quilômetro por hora M e m por minuto Milha por hora P6 por segundo Centímetro por segundo Quilômetro por hora M e m por minuto Milha por hora Milha por minuto

I

726


Tabela 18.7 (Continuação) Fatores de conversão (conforme o Manual da Técnica de Bueims e Drenos, da ARMCO) Multiplicar

Por 0,592 1 2,540 6,452 642.2 0,017 32 4,329 X 10-3 1,639 X 1,639 X 10-' 5,787 X 10-' 980.665 2,205 1,102 x 10-' 0.67 20 0,6214 3.281 1.094 241.1 0,3861 10.76 X 10-6 1.1% X 10-6 27.78 16.67 0,6214 0,5396 54.68 0,9113 1.34 I 101.99 737.6 0,239 907.2 2.000 1.016 2.240 1.MW) 2.205

Pé por segundo Polegada Polegada quadrada Polegada quadrada Polegada cúbica Polegada cúbica Polegada cúbica Polegada cúbica Polegada cúbica Quilograma-força Quilograma-força Quilograma-força Quilograma-força por metro Quilômetro Quilômetro Quilômetro Quilômetro quadrado Quilômetro quadrado Quilômetro quadrado Quilômetro quadrado Quilômetro por hora Quilômetro por hora Quilômetro por hora Quilômetro por hora Quilômetro por hora Quilômetro por hora Quilowatt Quilowatt Quilowatt Quilowatt Tonelada curta Tonelada curta Tonelada longa Tonelada longa Tonelada métrica Tonelada métrica

para obter N6 por hora Centímetro Centímetro quadrado Millmetro cúbico Quarto (líquido) Galão americano Litro Metro cúbico Pé cúbico Dina Libra Tonelada curta Libra por pé Milha Pé Jarda Acre Milha quadrada Pé quadrado Jarda quadrada Centímetro por segundo Metro por minuto Milha por hora N6 por hora Pé por minuto Pé por segundo Cavalo vapor kgm por segundo Pé-libra por segundo Quilocalorias por segundo Quilograma Libra Quilograma Libra Quilograma Libra

Tabela 18.8 Conversão de temperaturas

I

1' -Dada

em "F, conversão para "C

-c= -5 . ('F - 32') 9

2.

-Dada em T,conversão para "F 9 "C= . ('C)+ 32'

5

I

Tabelas Úteis

727

Tabela 18.9 Equivalências importantes

1 kcal = Cai

= 0,0204 gaüpéz = 7,233 1b-pé = 0,9863 HP = 2,235 Ib/HP

I i@@2 1 Ibpé IHP I lb/HP

= 48,905 UmZ = 0,1382 kgm = 1,0139CV = 0,447 ke/CV

= 3,968 Btu

I Btu

= 0,252 kcai = 0,252 Cal

= 2,928 X 1CP quilowatt-hora = 1,0548 kw

I

l atmosfera 1 atmosfera

= 1,0335 kg/cm2 = 76cmdeHgaOT

1 atmosfera 1 atmosfera

I atmosfera

= 10,347 m de água 15°C

1 atmosfera

= 33.947 pés de Cigua a 62°F

1 pé de água

= 0,434 1b/po12

1 atmosfera

= 42.44 Btu/min = 33.000 1b-péímm = 10.7 kcaümin = 0,7457 quilowatt = 76 kgdsegundo = 1,014CV = 2.547 Btu = 1.98 X IWlb-pé = 2,684 X 1W joule = 641.7 kcal = 2.737 X 10' kgm 1joule

= 1,O X 10' erg = 0,101972 kgm = 2.39 x IíPkcal = 0,7376 Ib-pé = 9,486 X Bhi

1 Wattehora

1 Wa (quilopascal)= O,10 mca 1 mca = 10 kPa = 0.1 kgf-cm-' 1 atrn 100 kPa

-

= = = =

3,415 Btu 2.655 1b-pé 0,8605 kcal 367.1 kgm

728


Tabela 18.10 Especificafóes de cores para tubulações e reservatórios industriais Conforme a Norma Brasileira NB-54, as tubulações aparentes devem ser pintadas com as seguintes cores: Materiais destinados a combate a incêndio Vermelho Verde Agua Azul Ar comprimido Amafelo Gases não-liquefeitos Laranja Acidus Lilás Álcalis Inflamáveis e comhustíveis de alta viscosidade (óleo combustível. óleo lubrificante etc.) Preto Gases liquefeitos, inflamáveis e coinbustíiieis de baixa viscosidade (óleo diesel, gasolina, solventes Alumínio etc.) Cinza-claro Cinza-escuro Branco Marrom

Vácuu Eletrodutos Vapor Cor vaga. podendo ser adotada para identificar qualquer fluido não-identificável pelas demais cores. A canalizaçio de água po~áveldeverá ser diferenciada de forma inconfundível das demais. Os depósitos ou tanques fixos quc armazenam tluidos deverão ser identificados pelo mesmo sisteina de cores que as canalizaçoeb por eles abastecidas. O sentido do escoamento do fluido deve ser indicado por seta.

Tabela 18.11 Siglas de entidades e associações ABNT AGA ASA API ASTM ANSI AWWA COPANT NFPA ISA ISO MSS IBP BNH CETESB ABES FEEMA CEDAE

-

Associasão Brasileira de. Normas Técnicas

- American Gas Association

- Amencan Standards Association - Amencan Petroleum Institute - American Society for Testing Material - Amencan National Standard Institute. antiga ASA -Amencan Standards Association - Amencan Water Works Association - Comissión Pan-Americana de Normas Técnicas - National Fire Protection Association - Intemational Standards Association - Intemational Standards Organization - Manufacturers Siandards Society

- Instituto Brasileiro de Petróleo - Banco Nacional de Habitação - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambienta1 (São Paulo) - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambienta1 - Fundação de Engenharia d o Meio Ambiente - Companhia Estadual de Aguas e Esgotos

Índice Alfabético

"Abacaxi", 292 Ábaco - baseado na fórmula de Williams-Hazen, 32, 33 - da Crane Corporation, 34 - Fair-Whipple-Hsiao. 24 - - bomba para combate a incêndio, 35 1 - - para tubulações de aço galvanizado e ferro fundido, 30 - - para tubulações de cobre e plástico, 3 1 Abafamento. 328 ABNT; v. Associação Brasileira de Normas Técnicas Abrandamento de água, 482-483 - por troca de cátions, 482 - processo de cal sodada, 482 - - a quente com fosfatos trissódico, dissódico ou monossódico, 482 Acessório de subida, 5 I 3 Acessórios das linhas de oxigênio, 666 Acetato de celulose, 179 Aço galvanizado, tubos e conexões de, 167 Adutoras, I Aeração - estações compactas de tratamento de esgotos. 247 - purificação da água, 474 - - emulsão de ar. 475 - - gravidade. 474 - - repuxo, 474 Aeradores - de emulsão de ar, 475 - de gravidade, 474 - de repuxo. 474 Afiercoolers, 57 1 Agentes dispersantes, 488 Agua, 325-328 - abrandamento da. 482-483 - aspersão, 325 - condições de potabilidade da, 471-472 - consumo de, nos prédios, 16-20 - de infiltração, 137 - de reposição, 420 - desinfecção da, 48 1-482 - emuisificação, 326 - filtração da, 478-481 - fornecimento de, a rede de sprinklers. 378-380 - - dreno, 380 - - encanamentos, 378 - -flow-switch, 380 - - sistema hidropneumático, 380 - grandezas características das condições da, 472-474 - imundas, 137 -jato, 325 - medição de consumo de, 6-9 - pulverização ou nebulização, 327 - resfriamento da, 420-432 - residuárias, 137

residuárias domégticas ou despejos domésticos. 137 residuárias industriais. 137 servidas. 137 tratamento da, 47 1-489 ~gua-extrato,385 Agua gelada. instalações de, 403-4 19 - compactas, 419 - dados para elaboração do projeto de instalação para água gelada potável. 408-409 - - consumo, 409 - - descarga nos bebedouroi, 409 - - número de bebedouros. 409 - - temperatura da água. 409 - - velocidade da água nos encanamentos alimentadores na instalação central, 409 - diagrama entrópico, 405-407 - equipamento, 407-408 - - compressor, 407 - - condensador, 407-408 - - evaporador, 408 - instalação central de água gelada potável, 410-419 - - bomba de circulação, 413-414 - - capacidade do reservatório, 4 10-4 12 - - circuito de água filtrada, 4 15 - - elementos para especificação, 415-418 - - escolha de compressor frigorífico, 4 14-4 15 - - ganho de calor. 4 12-4 13 - noções sobre o processo de refrigeração, 403-405 - - condensador, 404 - - evaporador, 404 - - válvula de expansão, 404 - refrigeração individual da água, 409-410 - - instalação de bebedouro individual tipo cohinet, 410 Águas pluviais. 281-323 - esgotamento de, de áreas de média extensão, 293323 - - cálculo hidráulico dos coletores, 304-3 12 - - escoamento da chuva no terreno, 300-304 - - chuva a considerar no projeto de drenagem. 296299 - - preparo da planilha, 3 13-32 1 - - projeto, 321-323 - esgotamento de. de pequenas áreas, 282-293 ' - - calhas e canaletas, 283 - -condutores de águas pluviais. 286-288 - - estimativa da precipitação pluvial, 283 - - poços de visita, 293 - - ralos, 288-292 Água potável, instalações de, 1-135 - abastecimento aos prédios. I - - ramal de, 2-9 - - ramal interno e reservatório de acumulação. 14 - - sirtemas de, e distribuição, 9-14 - captação de água de poços. 126- 13 1 -castelo d'água e. 14 - determinação das perdas de carga, 25-35 -

dimensionamrnto do\ encanainento\. 68- 101 elevação mecânica-bombeamrnt». 35-68 instalaqão hidropneuniática. 102- I 2 0 inqtalações de distribui<;ào com b«mheaiiieiit» direto, 120- 126 - projeto da instalação de água fria pot5vel. 102 - recebimento de instalaç0e\ predial\ de água fria. 134 - reservatórios. 2 1-25 Água quente. instalaçõeh de. 433-470 - aquecedores com energia solar. 464-469 - - aquecedor, 465 - - bomba, 465 - - circuito básico. 464 - - reservatório. 465 - - tubos e acessórios, 465 - aquecimento com gás, 444-445 - aquecimento elétrico. 437-443 - cálculo da\, 454-46 1 - - capacidade do srorrrgr e da potência cal»rífic:i da caldeira, 454-457 - - dimensionamento dos encanamento\. 457.46 I - consumo. 433-434 - - estimativa de, 434 - diâmetro mínimo do\ sub-ramal\. 435 - funcionamento da\ pecas de utilização. 434 - industriais, 433 - instalaqão central, 445-448 - -distribuição com circula~ão.447 - - distribui~ãorem circulafão, 447 - - sirtema ascendente. 447 - - sistenia descendente, 447 - - sistema misto ou circuito fechado. 447 - modalidades - - central coletiva. 433 - - central privado, 433 - - individual. 433 - observações, 46 1-464 - dilatação dos encanamento\. 461 - - isolamento dos encanamentos, 462-464 - - material dos encanamento\. 46 1 - perdas de carga, 435 - prediais, 433 - prersão estática máxima. 435 - pressões mínimas de serviqo, 435 - produção, 435-437 - - termo-sifão. 436 - produção de. na5 instalaçõe\ central\. 448.154 - - escolha da caldeira. 452.454 - - gás de rua ou gá\ engarrafado. 448 - vazão das peças de utilização, 434 - velocidade máxima de escoaniento da água. 435 Aguapé, 708 Air-18. 126. 532 - vantagens e inconvenienteb. 127 Ali-cooler.\. 420 Alcalinidade total da água. 473 Alimentador predial, 2 -

730

índice Alfabético

Almofadas, I47 Alto ponto de fluidez, 503 Altura. 41 - de elevação, 41 - de fecho hídr~co(H), 137 - motriz de elevação, 42 - pluviométrica. 296 -útil, 41 Altura de pressão dinâmica, 40 Altura de Sucção Absoluta. 65 Altura manométrica, 45 - de aspiração, 44 - de recalque, 44 - estática de aspiração, 43 - estática de elevação, 44 - estática de recalque, 43 - total de aspiração, 44 - total de recalque, 44 Altura Positiva Liquida de Aspiração (APLS), 65 Altura representativada pressão, 40 Altura representativada velocidade, 40 American Socienfor Tesfing Materials. 378 Amido, 488 Amontons, lei de, 547 Angelo Gallizio, fórmula de. 113 Anidrido carbònico, formação de, 222 Anion, 472 ANSI-B-16-3.584 ANSI-B-16-5,584 Anthrax, 48 1 Aparelho sanitário (AS), 137, 180- 184 - mictórios. 182-184 - vasos sanitários, 180-182 Aparelhos sanitários, convenção gráfica dos principais, 163 Aparelhos de descarga, 184- 188 - caixa, 184 - - embutida, 184, 185 - - silenciosa, 185, 186 - válvula, 185, 186 Aparelhos de utilização, 592 Aparelhos de utilização multigás, 592 APCO-MATIC, sistema, 14 Apco-Matic Variable Speed Pumping Svsrem. 125 Aplicações do oxigênio, 663 Aproveitamento de água de resfriamento, 436 Aquecedor, 464 - com energia solar, 464-469 -combustível para o, 661 - solar, 467 Aquecedores a gás individuais, 444-445 - indicações para a instalação de. 445 Aquecedores elétricos - capacidade dos, 439 - de acumulação (boilers). 438 - - dados para escolha do, 439 - - termostato ou termorregulador. 439 - de pressão, 438 Aquecimento da água com vapor, 450 Aquecimento direto de água - com gás de rua ou gás engarrafado, 448 - com óleo, 450 Aquecimento elétrico, 437-443 - dados para escolha do aquecedor elétrico de acumulação, 439 - tipos de aquecedores elétricos, 438-439 Aquífero - confinado, 126 - livre. 126 Ar - eliminação do, nas linhas de vapor. 517 - quente, 436 Ar comprimido, 532-590 - abertura e fechamento automático de portas. 533 - automatização de operações industriais, 533 - bombas de injeção de concreto, 533 - características dos vários tipos de compressores, 533-542 - - compressores de deslocamento positivo, 534-541 - - turbocompressor, 54 1 - consumo específico, 542 - descarga livre padrão ou descarga livre efetiva, 544545 - equipamentos - - a jato de ar ou de ação livre, 532 - - a pressão de ar ou de açáo fechada, 532 - - e máquinas de percussão, 532 - fatores a considerar na escolha do compressor. 545

- fundamentos de termodinãmica aplicáveis aos compressores e às instalações de, 545-559

- - compressão polifásica, 555-558 - - conceitos básicos, 545 - - diagrama do compressor alternativo. 554-555 - - leis dos gases. 546-550 - - potência indicada e potência efetiva. 559

- -pressão média efetiva, 558

- - processo politrópico de compressão. 550-552 - - trabalho na compressão adiabática, 553 - - trabalho na compressão isotérmica. 552 - instalação de, 559-587 - - linha de ar comprimido, 560-571 - - local dos compressores, 571-582 - - materiais empregados, 582-587 - máquinas ferramentas, 533 - motores a. 532 - produção do, 533 - secagem total de, 587-589

Aspersão, 325 Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1,325 ASTM; v. American Socien for Trsring Mfiferinls ASTM A-53.329.620 ASTM-A- 105 e A- 181,584 ASTM- 120.329.620 ASTM-A-234 - ar comprimido, 584 - materiais. 684 ATA. 662 Automáticos de bóia, 50 - esquema de funcionamento dos, 5 1

Bacias sanitárias, 180 Bactérias - acetogênicas. 709 - acidogênicas, 709 - aeróbias, 220 - anaeróbias, 220 - coliformes, 220 - d o tipo zoogléia, 223 - facultativas. 220 - fermentativas. 709 - metanogênicas, 709 - na biomassa. 709 - propionogênicas. 709 Bainha, 592 Ball check valve, 700 Ball vu1vr.s. 696 Barrilete(s1, 90 - aquecedores com energia solar, 466 - bombeamento direto, 124 - caso de castelo d'água, 92.93 - cálculo do, 94-96 - - ramificado, 96 - - unificado, 94-95 - de distribuição, 68 - - água potável, II -de ventilação, 207.21 1 - reservatórios. 2 1 - sistema ramificado. 92 - sistema unificado, 92 - ventilação sanitária, 210 Barch tvl>e. 7 11 Bazin, fórmula de, 259. 307 Bebedouro(s) - descarga nos. 409 - número de. 409 - tipo cabiner, 410 Bentonita, 475 Bernouilli. princípio de - ejetores ou trompas d'água. 128. 129 - turbobombas, 54 BHP (Brake Horse-Power). 90 Bicarbonato - de sódio micropulverizado. 330 - dureza total da água, 473 Biflow da ATAG, 477 Bio Disc, 248, 250 - depósito de lodo, 25 1 - método para dimensionamento da unidade MKII. 252 - tratamento de esgotos sanitários. 221 - zona biológica, 251 - zona de decantação - - final. 25 1 - - primária, 250

Bioche~nic(rloxygril rle~imrld.220 Biodigestores e biogás. 706-72 1

- açáo das bactérias na biomassa. 709-7 1 O - biofertilizantes. 7 10 - biomassas, 706-708 - classificação dos biodigestores - - de alimentação contínua ou de sistema contínuo, 71 1 - -de alimentação intermitente ou de batelada, 71 1 - condições para o bom funcionamento do

biodigestor, 7 10

- definições de termos usados no processo de biodigestão, 7 12

- dimensionamentodos biodigestores, 7 12-720 - - consumo diário de biogás. 7 12 - - emprego de biodigestor modelo chinês. 7 16 - - emprego de biodigestor modelo indiano, 7 13 - - emprego de biodigestoresde materiais plásticos. 720

- - operação do biodigestor chinês, 7 18 -dosagem da biomassa para emprego no biodige\tor. 710 - emprego do biogás, 7 11 - produção do biogás, 7 12 Biofertilizantes. 7 10 Biogás, 706,708-7 10 Biomassa(s), 706-708 - ação das bactérias na. 709-7 10 - - fase gasosa ou fermentação metânica. 709 - - fase líquida ou formação ácida. 709 - - fase sólida, 709 - aguapé. 708 - dejetos de animais, 707-708 - dosagem da. para emprego no biodigestor. 7 10 - rejeitos de cultivos, 708 - significado. 706 Bióxido de carbono. 329 Blasius. ensaios de, 26 Block i~íilves.694 Boi1rr.s elétricos, 438 Boletim de custos. 705 Boletim Mensal de Preços. 705 Bomba(s), 35 - afogada. esquema de uma instalação de, 68 - alternativa, representaçãode, 52 -altura manométrica da. 458 - altura útil de elevação da, 458 - capacidade da, 48 - centrífuga, 44 - - tipo turbina. 132 - classificação sumária das, 52-55 - -de deslocamento positivo. 52-53 - - turbobombas, 53-55 - com motor molhado, 13 1 - com motor seco, 13 1 - curvas de consumo de prédio e de abastecimento pela, 47,49 - de circulação, 41 3 - de condensado, 5 14 -de emulsão de ar, 126 - - compressores, 128 - - filtro, 128 - - peça injetora ou difusor, 128 - - pressão de ar, 128 - - vantagens e inconvenientesdo sistema oir-I$. 127 - de fluxo, 53 - de incêndio, 336 - dimensionamentodos encanamentos de aspiração e de recalque das, 55-57 - dosadoras, 257 - - dúplex. 476 - - símplex, 476 - enquadramento da. 61 -escolha da, para uma instalação predial, 57-61 -escolha da. utilizando os catálogos dos fabricantes. 60-6 1 - fluido térmico. 660 - injetaras para poço profundo. 129, 130 - NPSH da, 65 - número específico de rotações por minuto da, 66 - Ogden-SARCO, 507 - para combate a incêndio, 349-352 - - especificaqões, 352-357 - para sistema de .sl>rir~kleri,38 1 - piloto, 125 - rendimento total, 42 - rotativa, representaçãode, 53 - rotodinâmica, 53

índice Alfabético - sistemas de comando da, 50-52 submersa(s), 131 submersa(s) Haupt-Pleuger, 13 1, 133 turbina de eixo vertical, 13 1 Worthington D-1011, 60. 61 Bombeamento com ejetor. instalação de, 129 Bombeamento da água. 35-68 - classificação sumária das bombas, 52-55 - - d e deslocamento positivo, 52 - - turbobombas, 53-55 - determinação da altura manométrica, 42-46 - - estática de aspiração, 43 - - estática de elevação, 44 - - estática de recalque, 43 - - total de aspiração, 44 - - total de recalque, 44 - dimensionamento dos encanamentos de aspiração e de recalque das bombas, 55-57 - equação da conservação de energia, 35.40-42 - escolha da bomba para uma instalação predial, 5761 - - altura manométrica. 57, 58 - - cálculo da potência motriz N, 59 - - utilizando os catálogos dos fabricantes, 60-61 - fator de cavitação, 66-68 - noção sobre o fenômeno de cavitação, 61-65 - NPSH, 64-65 - previsão da descarga a ser bombeada. 46-48 - - capacidade da bomba, 48 - - capacidade dos reservatórios, 48 - - consumo diário do prédio, 48 - - vazão mínima. 46 - sistema de comando da bomba. 50-52 - sistema direto, 14 Bombeamento de poços profundos - com bombas de eixo prolongado. 13 1 - com bombas de motor imerso ou submerso, 13 1 Bombeamento direto da água, instalações de, 120- 126 - bombas de rotação variável, 125- 126 - descrição geral do sistema, 120 - sistema dúplex, 121- 123 - - inconvenientes do, 122 - - informações para cálculo de, 123 - sistema tnplex, 123- 125 - - barrilete, 124 - - critério para previsão da demanda total, 124 - - perdas de carga. 124 Borrachas, 179 Boyle-Mariotte, lei de, II 1 - água potável, 112 - ar comprimido, 544,547 Branch-lines, 362 Bridge, 4 British Thermal Unit, 41 1 BSC-KOMET, 389 BTU; v. British Thermul Unit Bujão, 137 Bur Weld, 673 Butano, 328 BUTIL, 179 Burwelding pipefittings. 684 By-pass - água potável, II - instalação de combate a incêndio. 339 - refrigeração, 404 -

Cabeça - de comando, 330 - de descarga, 330 Cabine, 592 CAEEB; v. Companhia Auxiliar de Empresas Elétricas Brasileiras Caixa(s) - coletora, 137 - de areia, 137, 138 - de derivação, 137, 140 - de distribuição, 137, 142 - de gordura, I37 - - dupla, 145 - - especial, 146 - - individual, 143 - - pequena, 143 - - simples de concreto, 144 - de incêndio, 330 - de inspeção. 139. 148 - de junção, 137

- de passagem, 139,

149 - d e proteção, 592 - de ralo para águas pluviais. 289 - detentora, 137, 139 - diluidora. 137, 141 - interceptora-decantadora, 139, 147 - piezométrica. 14 - retentora. 137 - separadora de óleos, 147. 15 1. 153 - sifonada(s), 147, 159 Cal - clorada, 482 - mistura de reagentes coagulantes. 475 CAL-JACK, 524 Caldeira(s) - água de reposição na. 492 - água-tubulares, 525, 526 - - equipamentos para suprimento de ar de combustão, 526 - - sistema de pré-aquecimento de óleo, 526 - - sistema de queima de óleo combustível, 526 - aquitubulares. 526 - capacidade da. 454 - casa de. 525-528 - consumo de óleo nas. 454 -elétricas. 528 - escolha da, 452-454 - - volume real do reservatório, 453 - estacionárias a vapor. Ponaria DNSHT-20, 530-53 1 - - inspeção de segurança. 53 1 - - instalação, 530 - flamitubulares. 525 - fogo-tubulares, 525 - potência calorífica da. 454-457 - - colégios internos e estabelecimentos análogos, 456 - - prédios de apartamentos e hotéis, 455 - tratamento de água de. 485-488 - - adição de produtos, 486 - - com polímeros, 488 - - com quelatos. 488 - - conjugado, 488 - - convencional, 486 - - pela desmineralização, 486 - - pelo abrandamento. 486 Calha. 147. 149 Calhas e canaletas. 283 - dimensionamento das - - emprego das equaçóes clássicas de hidráulica de canais, 283 - - seção retangular, 284, 285 - - seção semicircular, 284 Calor - ar comprimido. 545 - de mudança de estado sem variação de temperatura e de pressão. 403 - irradiado. 490 - latente, 49 1 - - de condensação, 403 - - de vaporização, 403 - sensível, 49 1 Camada de húmus, 126 Cãmara(s) - d e coagula~ãoou floculação, 476 - de decantação, 223 - d e digestão, 223 - de espuma. 389 - de mistura, 476 Canalizaçáo - primária, 147 - secundária, 147 Canalização(ões) preventiva(s). 341 - material das, 343 Canalizaçáo preventiva contra incêndio, 344 Canalização e colunas, convenções gráficas de, 164 Canhão, 325 Canhão monitor, 395 Cano de chumbo tipo gás, 168 Cap, 137, 147 Capacidade do hidrômetro. 9 Capacidade do reservatório de água gelada potável, 410-412 Capacidade nominal do aparelho de utilização, 592 Captação de água de poços, 1 26- 13 1 Captador, 464 Captor. 464 - de energia solar, 467 Carbon-steel. 673 Carbono, 709

731

Carboximetilcelulose. 488 Carga, 4 1 Carga efetiva, 82 Carga hidráulica. 458 Carga térmica de refrigeração, 414 Carregador de a r j r t ch
índice Alfabético de esgoto, 148 gás, 592 predial. 148, 194 - indicações de caráter geral, 192- 195 representação gráfica dos, 265 - solar, 464.467 - tronco. 148 Coluna(s) - d e alimentação, 68 - d e ventilação, 148, 206, 207 - piezométrica, I 5 Combustíveis líquidos, 344 - água quente, 436 Companhia Auxiliar de Empresas Elétricas Brasileiras, 720 Companhia Estadual de Gás. 591 Compostos biodegradáveis. 255 Compostos de polietileno, 179 Compressão - adiabática, 55 I - - água gelada, 406 - bifásica, 557 - monofásica, 556 - polifásica, 555-558 Compressor(es) - alternativo. 414 - de ar, 533 - de êmbolo seco, 537 - de parafuso, 407 - frigorífico, escolha do. 414 - recíproco, 41 4 - refrigeração, 403 - rotativo volumétrico de palhetai. 407 - tipo de parafusos lubrificados, 537 - Wayne, 118 - XLE, 534 Comprersores, características dos vários tipos de, 533-534 - de deslocamento positivo, 534-541 - - alternativos & pistão, 534 - - anel liquido, 541 - - rotativos de palhetas, 537, 539 - - rotativos de parafusos, 537 - - - limites de utilização, 537 - - - regulagem. 537 - - - resfriamento, 537 - - - vantagens. 537 - - rotativos Roots, 541 Compressores. local dos, 57 1-582 - admissão de ar no compressor, 581 - capacidade dos reservatórios de ar comprimido, 57 I - ciclo de regulagem do compressor, 572 - filtro de ar, 582 - filtros, 579 - garrafas de pulsação, 582 - lubrificadores, 580 - reguladores de pressão, 580 - reservatório de ar comprimido. 57 1 - reservatório de resfriamento, 575 - resfriamento da água, 575 - resfriamento do ar, 573 - -quantidade de água para a refrigeração, 573 - reparação da umidade contida no ar, 575 - torres de resfriamento. 575 Condensação - água gelada, 406 - de vapor, 492 Condensado, 450,492 - captação e remoção do. 498-507 - separadores de, 500 - tubulação de retomo do, 507 - - bomba de condensado, 5 14 - - determinação da quantidade de condensado. 508 - - dimensionamento da linha de condensado, 507 - - elevação do condensado, 5 12 Condensador(es) - a água, 407 - a ar, 408 - multitubular fechado, 407 - refrigeraçáo, 404 - tipo carcaça cilíndrica e tubos, 407 Condições de potabilidade da água, 47 1-472 Condutividade, 473 Condutores de águas pluviais, 286-288 -horizontais, 287 - verticais, 286 Conexões ou acessórios, 683-693 - de aço para solda de encaixe (ou de soquete). 684 -

de aço para solda de topo, 684 de ferro maleável e aço. 683 - rosqueadas. 683 de PVC, 692-693 - para água e líquidos, 692 - para esgotos sanitários, 693 - para irrigação, 693 flangeadas, 584 para tubos de cobre, 684 - latão Yorkshire, 691 - soldagem da\ conexões, Nibco aos tubo\ I S A M . 687 Con\elho Nacional de Pesquisas, 720 Conselho Nacional de Petróleo. 641 Constante universal, 548 Consumidor, 592 Consumo - de água nos prédios. 16-20 - - critério para previsão. 16 - - estimativa diária, 17 - - número mínimo de aparelhos para diversas serventias, 18, 19, 20 - - taxa de ocupasão de acordo com a natureza do local, 18 - - vazão a \er considerada no diinensionamento do alimentador predial, 18 - d e água quente. 433-434 - e pressão nas peças e aparelho\ sanitiirios. 73 - específico, 542 Contracorrente. 42 1 Contrapresião. 505 Contribuinte, I48 Controle da aqão corro\iva da iigua, 474 Controles automáticos de nível, 50 Convecção - livre, 490 - natural, 490 Copolímeror do ácido maléico-estireno. 488 Copprr, 673 Correção de acider da água. 474 COSCIP: i,Código de Seguranqa Contra Incêndio e Pánico Cota piezométrica, 40 Craqueamento, 709 Criogenia, 663 Cross-Maiiic. 362 Curvas de probabilidade de uso \imultâneo de aparelhos sanitários, 73 -

D DAC: i. Divisão de Atendimento ao\ Consumidores DALGAS-ECOLTEC, 22 1 Darcy e Weisbach, estudos de. 25 Decantasão. 255 Decantação ou sedimentação, 474 Decantadores, 477 Decomposição - aeróbia, 220 - anaeróbia, 220 Defletor. 592 Deflúvio - a escoar, 304 - a escoar para jusante.314 - cálculo do, 303 Degasagem, 483 Degabeificação. 483 Degaseificador, 483 DEION-TEC. 483 Deionização total. 483 Dejetos de animais, 707-708 Drluge .i;y.!tenl. 359 D r l u g e - i ~ i l v e359 . Demanda bioquímica de oxigênio. 220 Demanda total. critério para previsão da, 124 Departamento Nacional de Seguros Privados e Capitalização, 324 Depósito(.\), 383 - de filmes e filmoteca\, 346 - de inflamáveis. 343-344 Derivasão, 3 Deialcaiinização ou desmineralização parcial, 483 Descarga -característica, 9 - de água nos .sl>rinklrr.\. 372-374 - efetiva, 9 - ectimativa da. no \istema de hidrantes. 339-341 - hidrômetros. 9

ligaqão de válvula de. 96 livre efetiva, 544 livre padrão. 544 nos bebedouros. 409 real, 9 Desconector, 148 Desconectores. 200-201 - caixas \ifonadas grandes. 200 - ralo\ sifonados. 200 - sifões. 200 Desgasificaçáo. 255 Desinfecção da água, 474.48 1 - agente - - bactericida, 48 1 - - cisticida, 481 - - desinfectante. 481 - - esterilizante. 481 De4izadores D W . emprego do\, 389 Derinineraliza~ii«total, 483 - com coluna única, 485 Desnível topográfico. 40 De\pejo\. 148 - não permitido\. 192 Detector(es) - de calor. 400 - de chama ou de radiação infravermelha. 400 - de fumaça. 400 - de início de incêndio. 398 - velocimétrico, 400 Diagrama - d e Hunter-Rouse, 26 - de Moody, 26 - do compre\çor alternativo. 554-555 - entrópico, 405 Difusor, 54. 389 - de caixa com forma de caracol ou voluta. 55 - d e tubo reto troncônico. 54 - finalidade do, 55 Digestão. 222 -câmara de, 223 - d o lodo, 220 - período de. 223 Dilatação térmica das tubulações, 5 19-522. 660 Dimensionamento das tubulações de esgoto. 196-200 - NBR-8 160. 196 - unidades Hunter de contribuii;%o, 196. 197 Dimen\ionamento do reservatório hidropneumático. 1 1 1-1 19 - alimentação de ar, 1 17 -cálculo do volume total doreservatório. 1 13 - compre\sor de ar, 1 17 Dimensionamento d o i coletores e subcoletore\. 199 D i r - i ~ e n r Coii.\rnifor, e 94 Disco, 6 - oscilante, 8 - rotativo, 8 Dispoiitivoc de entrada e saída. 223 Dispositivos sanitirios, convenção gráfica dos principais. 162 Distribuisão com bombeamento direto. in\talaçõe\ de I20 Distribuipio e abastecimento de água. si\tema\ de. 914 -direto, 9 - indireto, 9. 10. 1 1 Divisão de Atendimento ao\ Consumidores. 639 D L P ou DLE, 544 DNSPC, i.. Departamento Nacional de Seguro\ Privados e Capitalizaqio Dosadores. 257 Dosadores de coluna em nível constante. 476 Dosagem da bioma\sa para emprego no biodigestor. 710 Dowtherm, 656 Drenagem Superficial, 305 Dreno. 380 D n - / ~ i l >slr \/riir.\. 359 Duo-condensômetros. 505 Dureza total da água. 473 D~ii
EB-69R. 683 EB- 109.683 EB- 150,382 EB-152.358 E B 208. 679

734

índice A[fabético

- com câniara de decantação submersa, 238 - determinação da capacidade de ahsorçiio de um solo,

234 pré-fabricados, 238 princípio de funcionaniento, 222 - desinfecção do efluente das fossas, 222 princípios gerais. 223-224 - - limites de emprego da Norma NB-41.223 - projeto de instalação - - coeficiente de redução de volume de lodo. 236 - - contribuição, 234 - - contrihuiçã« de lodo fresco. 235 - - dimen\ionamento, 236 - - infiltrução subterrânea, 238 - - perí«d« de armazenamento de lodo, 235 - - período de contribuição de despejos, 235 - - período de detenção dos despejei, 235 - - período de digestão do lodo, 235 - - remoção de lodo digerido, 236 - - remoção do lodo ou lama, 239 - - tampõe\ de inspeção, 237 - - valas de filtração, 237 - - terminologia, 223 -tipos - - d e câmara única, 224, 225, 226 - - d e câmaras em série, 224, 228, 229 - - d e câmaras sobrepostas, 224 Franja de capilaridade, 126 Freeman, equação de, 347,348 Freon 1301,329 Frequência n, 296 Frigoria, 4 14 -

Ganihiarra - água potábel, 101 - gás, 592 Garrafa de pulsação, 582 Gás - aquecimento com, 444-445 - aquecimento direto de água com, 448 - carbônico, 329 - dos pântanos, 709 - liquefeito de petróleo ou engarrafado, 436 - natural, 436 Gás combustível. instalação de, 591-640 - aparelhos de utilização e sua adequação aos ambientes, 621.623 - - aquecedores. 62 1 - - fogões, 62 1 - casos em que se pode deixar de construir instalações de gás para aquecimento de água, 609-619 - chaminés. 623-634 - comprimentos, tabelas. regras e modelos de folhas de cálculos, 604-609 - condiçõe5 gerais para execução da instalação das tubula$ões para gás de rua, 620-621 - - teste e conservação, 621 - d a aceitação. 639 - de rua ou encanado. 59 I - execução. 639 - instrução técnica n." IT-l da CEG, 604 - instruçõei para utilização das Tabelas ( 1 1.4 a 1 1.8). 620 - liquefeito de petróleo ou engarrafado, 591 - localização de medidores, 594-603 - projeto, 634-639 - - para edificação nova com apenas uma economia de até 80 m' de área construída. 639 - - para edificação nova com mais de uma economia ou com uma ou mais economias com área superior a 80 m', 634 - - \iinhologia. 637. 638 - ramais. 593 - e n s o r Hard Gass GC-10, 639-640 - - caracterí\ticas. 639 - - instalação. 640 - sensores de gás, 640 - terminologia, 592-593 Gás liquefeito de petróleo, 641-655 - dimensionamento das tubulações para, 645-65 1 - distribuição do, 641 - - a granel, 641 - - ein recipientes transportáveis, 641 - esquema básico de transferência de, por bombeamento, 654 - exigências quanto às instalaçõesde, 654

- extin~ãode incêndio em cabine de cilindros de, 655 - instalações de vaporização do, 653-654 - modalidades de instalações de, 642-645 - - prédio de apartamentos, 643 - - residência de grande porte, 642 - - rejidência de porte pequeno e médio. 642 - pressão de utilização, 642 - propriedades fí\icas do, 65 1-652 - - densidade, 652 - - fórmulas químicas, 65 1 - - pressão de vapor a IOWF, 65 1 - -quantidade de calor para vaporizar o GLP líquido

na temperatura de vaporização e na pressão atmosférica. 652 - - quantidade de calor produzido com a queima, 65 1 - - temperatura máxima da chama do GLP misturado com ar. 652 - - volume de gás produzido à temperatura de 6°F e na pressão atmosférica, 65 1 - transferência de, em estado líquido. 652-653 - - instalação de média capacidade, 653 - - instalações de grande capacidade, 653 - - instalações de pequena capacidade. 653 - tubulações - - sob alta pressão. 650 - - sob baixa pressão, 647 Gases, 472 - leis dos, 546-550 Gotr ~rrli~e, 694 Galeria de jusanie. 3 16 Ganguillet-Kutter, fórmula de - esgotos sanitários. 259 - águas pluviais, 307 Ganho de calor nas linhas de água gelada. 41 2-41 3 - recirculaçáo - - por bombeamento. 41 3 - - por convecção natural, 41 3 GEOSAN SIA, 221 Gerador de água quente BAHAMA, 450 Geradores de água quente, 448 Glohr vnlvrs, 696 GLP: v. Gás liquefeito de petróleo Golpe de aríete. no bombeamento de água. 55 Grades, 304. 3 13 Gradiente de energia, 40 Gradiente de pressão, 40 Gráfico da Sulzer, 56 Grelhas, 29 1 - hemisfkricas, 292 - planas. 292 Grisu. 709

Hallon, 329. 1301, Hazen-Williams. fórmula de, 3 1 Hélice axial, 9 Hepatite infecciosa, 220 Hidrante(s), 330-334 - de coluna. 330. 333 - - instalação de, 334 - de passeio, 332, 333. 336 - de recalque, 332, 336 - em instalação de risco médio, 330 - instalação no sistema sob comando com, 336-342 - - canalização preventiva e rede preventiva, 341 - - características gerais. 336-339 - - escolha da mangueira, 341 - - estimativa da descarga, 339-341 - previsão de descarga dos. 340 - urbano, 333 Hidráulica, 25 Hidrocarbonetos fluorados, 180 Hidrogênio - biogás, 706 - esgotos sanitários, 222 Hidrômetro(s) - capacidade do, 9 - grandezas próprias dos, 9 - - início de funcionamento. 9 - - limite de sensibilidade. 9 - - limite inferior de exatidão. 9 - Schlumberger, 9 - tipos de, 8-9 - - de mostrador seco. 9 - - de mostrador submerso ou molhado, 9 - - de belocidade, 9 - - taquimétricos. 9

- - volumétricos. 8 Hidrotécnica Continental, 296 Hidróxidos insolúveis. 255 Hipoclorador, 482 Hipoclorito - de cálcio, 482 - de sódio, 482 Húmus, camada de. I26 Hunter. método de, 75 Hunter-Rouse, diagrama de, 26 Hypalon, I80

Iriihofl: 238 Impelidor. 53 Implosão, 64 Impulsor. 53 Incêndio, instalações de proteção e combate a, 324402 - água e caracterização dos sistemas empregados. 330-336 - - sistema automático, 336 - - sistema sob comando, 330-336 - bomba para combate a incêndio, 349-352 - casos especiais de instalação, 342-346 - - agrupamentos de edificação residenciais multifamiliares, 342-343 - - depósitos de filmes e filmotecas, 346 - - depósitos de inflamáveis. 343-344 - - depó\itos de líquidos, gases e outros inflamáveis, 345 - - edifício-garagem, 344-345 - instalações industriais e recipientes estacionários, 345-346 - - postos de abastecimento. de serviços e garagem, 344 -classes, 325 - classificação das edificações. 330 - com espuma. 383-398 - especificação dos materiais da rede de incêndio, 357 - especificações de bombas, 352-357 - - acessórios que devem acompanhar o motor diesel, 356 - -alarme e sinalização, 357 - - baterias, 356 - - característica\ do motor de combustão interna, 355 - - dados a serein fornecidos pelos fabricantes para aprovação pelo Corpo de Bombeiros. 355 - - inspeção e testes, 355 - - instrumentos do painel do niotor diesel. 356 - - quadro de controle. 356 - - tanque de combustível, 356 - extintores portáteis e sobre-roda\, 38 1-382 - indicações sobre o emprego de mangueiras, 346-349 - instalação no sistema sob comando com hidrantes. 336-342 - medidas de prevenção. 324 - natureza da instalação relativamente ao material incendiado, 325-330 - - água, 325-328 - - espuma, 328 - - freon, 30 1 , 329 - - gás carbônico. 329 - - Hallon 301, 329 - - pó químico seco. 329-330 - nebulizadores para resfriamento de tanques, 398 - projetos em e d i f í c i o m - sistema de alarme, 398-401 - - detectores de calor, 400 - - detectores de chama ou de radiação infravermelha, 400 - - detectores de fumaça, 400 - - detectores de início de incêndio, 398 - - indicadores de srtrrirs da rede hidráulica, 401 - - sensores de presença de energia. 401 - - válvula de fluxo. 401 - sistema de chuveiros automáticos, 357-381 Indicações \obre o emprego de mangueiras. 346-349 !ndicador de Watt, 558 Indice de compressão adiabática. 55 1 Influente. 712 Instalação central. 403 Instalação de esgoto primário. 148, 189 Instalaçio de esgoto secundário. 189 Instalação de fossas sépticas, 246 Instalação hidropneumática, 102- 120 - esquema vertical de água fria, 103

índice Alfabético - para armazenamento de oxigênio líquido, 667-668 Taquicarga, 40 Teflon. 180 Temperuture rriting, 362 Tempo - de concentração, 301 - de entrada, 301 - de escoamento superficial, 301 - de percurso, 301 - de recorréncia, 296,297 - de repetição, 296 - de retenção - - de sólidos, 712 - - do biodigestor. 712 - - hidráulico, 7 12 - de retomo. 297 Terminal de gás, 593 Termo-sifão, 436 Thermical. 656 Thoma. fator de, 66 Throrrling valves. 694, 696 Timr-switch, 4 17 Tirante crítico. 307 Tirante d'água, 265 Tomadas de incêndio. 330 "Toneladas de refrigeração", 4 14 Torneira de bóia, 2, 700 Torneiras de macho, 696 Torrei de resfriamento ou de arrefecimento, 407,420 423 - com circulação natural de ar, 420.42 1 -em instalações de água gelada industrial. 432 - eicolha de, 423-429 - instalação com, 429 - por ar induzido, com aspiração do ar em contracorrente, 421, 422 - por ar induzido, com insuflamento de ar em contracorrente, 423 Toral Heud, 4 1 Tout-a l'egout, 136 Tracer.7, 505 Tratamento da água, 471-489 - condições de potabilidade, 47 1-472 - grandezas características das condições da água, 472-474 - - alcalinidade total, 473 - - condutividade, 473 - -dureza total, 473 - - p H (p, potencial e H, hidrogênio), 472 - - sólidos totais dissolvidos, 474 - impurezas - - em disiolução, 471-472 - - em estado coloidal, 47 1 - - em suspensão. 471 - para fins industriais, 482-488 - - abrandamento, 482-483 - - caldeiras, 485-488 - - desalcalinização ou desmineralização parcial, 483 - - desmineralização total ou deionização total. 483 - - sólidos dissolvidos e sólidos em suspensão. 488 - para torná-la potável, 474-482 - - câmaras de mistura, 476 - - decantadores, 477 - - desinfecção. 48 1-482 - - filtração, 478-481 - - mistura de reagentes coagulantes, 475-476 - - processo geral de purificação, 474 - - sedimentação ou decantação, 475 - por contato, 474 Tratamento de esgotos sanitários, processos de. 220221 - primários, 221 - secundários ou biológicos, 221 - terciários, 221 Trinômios de Bemouilli, para bombeamento, 41 Troca de íons, 255 Tubo Venturi - espuma, 385 - na medição do consumo de água, 9 Tubos. 673-683 -capilares, 404 - de aço-carbono para condução de líquidos, 673 - - de aço sem costura Mannesmann, 675 - - galvanizados e pretos leves, 676 - - ohserva~ãoquanto aos diâmetros, 675 - - preto clasie pesada, 674

- - pretos e galvanizados classe M, 674 - de cobre, 682 - de ferro dúctil - - classes de. 677 - -junta elástica. 677 - de ferro fundido. 676

-de limpeza. 223 - de preisão de cimento-amianto. 683 - de PVC rígido, 68 1-682 - - tipos, 682

-dequeda, 161, 192 - - de tanques e máquinas de lavar roupa, 216-217 - - desvio de, 203 - - NBR-8 160, 199 - e conexões de polipropileno, 692 - instala~õesde ar comprimido, 582-584 - normalização, 678-679 - operculado. 148, 162 - ponta-bolsa, 161 - ponta-ponta, 161 - revestimento - - externo, 68 1 - - interno, 679 - tipo água, 193 - ventilador - - d e alívio, 161 - - de circuito. 161 - - individual, 161 - - invertido. 161 - - primário, 16 1 - - secundário, 16 1 - - suplementar, 16 1 Tubos e conexões - aço galvanizado, 167 - cerâmica vidrada. 169 - chumbo, 167 - cimento-amianto, 170 - - colocação, 175 - - recomendações de caráter geral para a instalação. 174 - - recomendações para a execução de juntas, 170- 174 - ferro fundido. 16 1 -juntas elásticas, 165-167 - PVC, 175.178 Tubos e conexões diversas. 70 1-702 - de FRP, 702 - de nylon, nylotec, 702 - de nylon Technyl. 702 - de plásticos à base de flúor. 702 - de poliéster armados com fios de vidro e enchimento de areia siliciosa, com junta elástica, 702 - de PVC rígido revestidos com fibra de vidro e resina poliéster, 702 - de vidro. pyrex e quartzo. 702 - Tigrefihra de RPVC, 702 Tubos Polyarm, 179 Tubulação(ões) -de alta pressão. 584 -de baixa pressão, 584 - de descarga de lodo. 223 - de oxigênio, 665 - de retorno do condensado. 507-5 15 - de vapor, 493-498 - dilatação térmica das, 5 19-522. 660 - distância entre guias de. 522 - flexibilidade das, 523 - incêndio. 361 - isolamento térmico das tubulações, 524 - suportes para, 524 Turbobombas. 53-55 - órgãos essenciais, 53 Turbocompressores. 407

UHC: v. Unidade Hunter de contribuição Unidade aquecedora-trocadorade calor, 450 Unidade de decantação, 222 Unidade extintora, 382 Unidade Hunter de contribuição. 161 - dimensionamento das tubulações de esgoto, 196 Unidades de descarga, 198 Unidades de quantidade de calor, 545-546 - Briti~hThertnril Unir. 545 - calor específico, 546 - capacidade térmica, 546 - quilocaloria. 545

Valas

- de filtração,

219,223 -de infiltração, 219, 223 Vala de oxidação, 247 Válvula(s), 693-701 - acionadas manualmente. 694 - acionadas pelas forças provenientes da ação do próprio líquido em escoamento. 694 - automáticas. 694 - comandadas por motores - - elétrico, 694 - - hidráulico, 694 - - pneumático. 694 - de agulhas. 697 - de alívio, 698 - de bloqueio, 667, 694-696 -de controle. 698 - de controle de fluxo, 667 - de descarga, 185 - de diafragma. 585 - de dilúvio, 359 - de esfera, 584,696 - de expansão. 404 - de fluxo, 185,401 - - funcionamento de. 186 - de gaveta, 584.694 - - materiais empregados nas. 694-696 - de globo e de agulha. 585 -de inundação, 359 - de macho. 696 - de quebra-pressão, 77 - de redução de pressão, 667,698 - - de ação direta, 5 15 - - de ação por piloto. 5 15 - - de atuação por pistão, 585 - - de comando pneumático, 5 15 - - de duplo diafragma. 5 15 - - escolha de uma, 5 15 - - estação de, 5 17 - de regulagem, 696-698 - - de diafragma. 697 - -de fluxo, 667 - - do globo, 696 - - registror de pressão. 697 - de retenção - - tipo levantamento ou p/ir,q. 700 - - tipo portinhola. 700 - de segurança. 667.698 -de tubo seco. 359 - material das. 584 - que permitem o escoamento num \ó \entido. 700 - solenoide, 119 Van der Waals, fórmula de. 666 Vapor. 436 -aquecimento da água com, 450 Vapor, instalações de, 490-53 1 - caldeiras elétricas, 528 - calor sensível e calor latente, 491 - captação e remoção do condensado, 498-507 - casa de caldeiras. 525-528 - condcnsação, 492 - constituição essencial de um jistema de produção e distribuição de vapor, 492-493 -dilatação térmica das tubulações. 519-522 -distância entre guias de tubulações, 522 - eliminação do ar nas linhas de vapor, 5 17 - esforços nos apoios fixos, 523 - flexibilidade das tubulações. 523 - formas - - saturado, 491 - - saturado seco, 491 - - saturado úmido, 491 - - superaquecido. 491 - isolamento térmico das tubulações, 524 - por condução. 490 - por convecção, 490 - por irradiação ou radiação, 490 - portaria do Ministério do Trabalho sobre caldeira\ estacionárias a vapor, 530-53 1 - redução de pressão do vapor. 5 15-5 17 - reevaporação, 5 18-5 19 - suportes para tubulações, 524 - tubulação de retorno do condensado, 507-5 15 - tubulações, 493-498 - - características gerais das. 493-494 - - dimensionamento das linhas de vapor, 494

Vaporização - com expansão isotérmica, 406

- d o oxigênio líquido - - vaporizadores atmosféricos, 668 - - vaporizadores de vapor d'água, 668

Vasos sanitários, 180- 182 - auto-aspirantes ou sifonados. 180, 18 1 - auto-sifonado, 21 1

-com tubo ventilador invertido. 214 - comuns ou não-aspirantes, 180. 18 1 - do tipo turco, 180 - ligados a um desvio de tubo de queda, 200 - material para assentamento. 182 - ventilação de, em série, 2 12-214 - - em circuito, 213 - - emprego do ventilador de alívio. 2 14 Vazão crítica, 161 Vazão de oxigênio, 665 Vazão de plena carga, 9 Vazão em coletores, cálculo da, 263

Velocidade - d e escoamento do fluido térmico, 661 - máxima de escoamento da água. 435 - para oxigênio. 665 Ventilação sanitária, 201-214 - de vasos sanitários em série, 2 12 - prescriqões fundamentais. 201-2 12 - - prédio de dois ou mais pavimentos. 203 - - prédio de um só pavimento. 201 Ventilador de alívio, emprego do. 214 Ve~iti~r~.\, 6I Vermiculita - água quente, 464 - esgotos sanitários, 180 ~ i t o n 180 . VOL-RED BS- 1387.676 Volume - total do reservatório hidropneumát~co.1 16 - - cálculo do, 1 13 - útil. 223

Wri.shdob~.i~. 180 Watt. indicador de. 558 Welil>r. 673 Wer-/>;/>evnterii. 358 Weyrnouth. fórniula de. 651 White. ensaio\ de. 26 Widdern. equaqáo de. 66 Wislicenus. equação de. 66 Wobbe. número de. 592 Worthington D. 59. 60 Worthington, fórmula de. 563 - \implificada. 568

Zeolitas. 482 Zona de saturaqão. 126

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