Cap6 adutoras

14-Feb-13
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Adutoras
Adutoras em Sistemas de
Abastecimento de Água
Adutoras são canalizações dos sistemas de abastecimento e destinam-se a
conduzir água entre as unidades que precedem à rede distribuidora.

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Adutoras em sistemas de
abastecimento de água
• Qualquer interrupção afeta o abastecimento de água a
toda a população
• Por falta de especificações convenientes dos materiais e
pela inobservância de técnicas construtivas adequadas
acidentes
• Necessitam de cuidados especiais na elaboração do
projeto e na implantação das obras
• Recomenda-se criteriosa análise do traçado em planta e
em perfil, a fim de verificar a correta colocação de seus
órgãos acessórios e ancoragens nos pontos onde
ocorrem esforços que possam causar deslocamento das
peças
Classificação das Adutoras
• Quanto à natureza das águas transportadas
– Adutora de água bruta
– Adutora de água tratada
• Quanto à energia para a movimentação da água
– Adutora por gravidade
• Em condutos forçados (tubos sujeitos a pressão
superior à atmosférica)
• Em conduto livre (canais, aquedutos ou tubos
sujeitos à pressão atmosférica)
– Adutora por recalque
– Adutoras mistas

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Adutoras por gravidade
Adutoras por recalque

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Adutoras mistas
Traçado das adutoras
• Uso de critérios técnicos e econômicos
• Evitar regiões que forneçam obstáculo para a implantação,
operação e manutenção (áreas pantanosas, submersas, com
grandes declives, etc.)
• Preferencialmente em faixa de domínio público
• Traçado mais direto
• Aproximando de estradas que facilitem sua implantação e
manutenção futura

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Para diminuir o custo de implantação das
adutoras, recomenda-se...
• A adutora deverá ser implantada, de preferência em ruas e terrenos
públicos
• Deve-se evitar traçado onde o terreno é rochoso, pantanoso e de outras
características não adequadas
• A adutora deve ser composta de trechos ascendentes com declividade não
inferior a 0,2% e trechos descendentes com declividade não inferior a
0,3%, mesmo em terrenos planos
• Quando a inclinação do conduto for superior a 25%, há necessidade de se
utilizar blocos de ancoragem para dar estabilidade ao conduto
• Não se devem executar trechos de adução horizontal; no caso do perfil do
terreno seja horizontal, o conduto deve apresentar alternadamente, perfis
ascendentes e descendentes
• São recomendados os traçados que apresentam trechos ascendentes
longos com pequena declividade, seguido de trechos descendentes curtos,
com maior declividade
Para o traçado definitivo das adutoras...
• Inspeção de campo para a escolha da melhor alternativa de traçado
• Levantamento topográfico planialtimétrico e cadastral de uma faixa
envolvendo o melhor traçado (de 30 a 60 metros de largura)
• Sondagens de terreno a trado e a percurssão ao longo da faixa,
para informações geotécnicas sobre o subsolo
• Com os dados acima, deve-se lançar na planta da faixa, o eixo da
adutora, que deverá ser estaqueado de 20 em 20 metros
• Elaboração do perfil do terreno e da adutora

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Vazão de adução

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• Para o dimensionamento das adutoras (conduto livre ou
forçado), a rigor devem ser consideradas as perdas
localizadas
• No entanto, na maioria dos casos, estas perdas atingem
valores desprezíveis, comparativamente às perdas por
atrito ao longo das tubulações
Dimensionamento das adutoras
• Parâmetros para o cálculo:
• Vazão (Q)
• Velocidade (v)
• Perda de carga unitária (J)
• Diâmetro (D)

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Dimensionamento hidráulico
Adutoras por gravidade
• Elementos necessários:
• Vazão máxima diária (Q vazão de adução em m3/s)
• Desnível geométrico entre o nível d’água na tomada e na
chegada (DG em m);
• Comprimento da adutora (L medido em planta se a declividade
do terreno for menor que 25%, caso seja maior, deve-se medir no
perfil, em m)
• Material do conduto que determina a rugosidade (C da fórmula de
Hazen Williams ou K da fórmula Universal, adimensional).
Pressão
Estática
Pressão
Dinâmica
Linha
Piezométrica
Q
NA
NA
DG
L
Roteiro de Cálculo: dimensionamento
adutora por gravidade
• Calcula-se a perda de carga unitária ideal ao longo da tubulação: Ji.
Este valor conduziria ao D mais econômico, uma vez que utilizaria
toda a energia disponível:
Ji = DG/ L
• Ji (m/m), DG (m), L (m)
• Para adutoras com L 5.000D, não se considera as perdas
localizadas

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• Calcula-se o diâmetro teórico por Hazen-Williams:
1,85
.
Q
1,85 4,87
10,65.
C D
Ji =
• Q = vazão máxima diária (m3/s)
• D = diâmetro teórico a ser calculado (m)
• Ji = perda de carga unitária ideal (m/m)
• C = admensional (função do material da tubulação)
Material da Tubulação (tubos novos) Valor de C
Plástico 140
Ferro fundido ductil 130
Aço 130
Concreto armado 130
Fibra de vidro 140
• Adota-se o Diâmetro comercial imediatamente superior ao teórico
calculado

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• Com o Diâmetro comercial maior vazão
• Para chegar na vazão requerida pode-se:
a) Dar um fechamento parcial na válvula
b) Energia despendida com o fechamento da válvula
pode ser utilizada no próprio tubo (casos em que não
se pode aumentar a vazão)
Calcula-se a nova perda de carga unitário (Jc)
Calcula-se o novo desnível geométrico (DGc = Jc x L)
Compara-se:
– Se DG - DGc £ 0,05 DG utiliza-se Dc adotado como final.
Haverá perda de energia igual a DG – DGc
– Se DG - DGc 0,05 DG subdivide-se a adutora em dois sub-trechos
de diâmetros diferentes.

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Divide-se a adutora em dois trechos:
L = L1 + L2
Sendo:
Dc já adotado, correspondente a L1
D’c imediatamente inferior ao anterior, correspondente a L2
Calcula-se J’c correspondente a D’c.
Pode-se então calcular L1 e L2 através do sistema de equações:
L = L1+L2
DG = Jc.L1 + Jc’.L2
A piezométrica terá duas indicações, correspondentes a Jc e
J’c. Toda a energia disponível será aproveitada.
• Determina-se os valores da velocidade da água
que não devem ser maiores que:
Material do tubo Vel. Máxima (m/s)
Plásticos 4,5
Ferro fundido dúctil 4,0 a 6,0
Aço 6,0
Concreto 4,5 a 5,0
Fonte: CETESB
Para velocidade mínima:
águas com suspensões finas: 0,30 m/s;
águas com areias finas: 0,45 m/s;
águas com matéria orgânica: 0,60 m/s.

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Alternativas de traçado
• A linha piezométrica não deve cortar a tubulação prejudicial ao
funcionamento da adutora (formação de bolsas de ar, pressões
negativas, variação de volume)
• O que se deve fazer?
• Opção 1: Cortar o terreno para locar a tubulação abaixo da
piezométrica
L
D
Corte no terreno
LP
NA
• Opção 2: Construção de uma caixa intermediária no ponto mais alto
do terreno, aberta à pressão atmosférica. Cada trecho vai ser
dimensionado como já explicado.
NA h ³ 2,5 D2
D2
NA
NA
Caixa intermediária
LP, J2
LP, J1
A
D1
Corte no terreno
L1 L2

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• Opção 3: Dimensionar a linha com dois diâmetros D1D2.
– A piezométrica do primeiro trecho terá declividade menor (J1)
para ultrapassar o ponto alto
– Deve-se ter uma folga da piezométrica de no mínimo 1,5m
acima do terreno
Escolhe-se a alternativa mais econômica e adequada
operacionalmente a cada caso.
Adutora por recalque
• Em geral são conhecidos:
– Vazão de adução, Q (m3/s)
– Comprimento da adutora, L (m)
– Desnível a ser vencido, Hg (m)
– Material da adutora

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Determina-se o diâmetro D da adutora e a potência P da bomba que
vai gerar a pressão necessária para vencer o desnível indicado, à
vazão desejada
A função da bomba em gerar pressão, permite admitir que a água
tenha alcançado uma cota equivalente ao ponto A’
hf
A’
L Lr
s
NA
NA Q
DG
s
Dr, J, V
DGr
hf
A’
L Lr
s
NA
NA Q
DG
s
Dr, J, V
DGr
Quanto maior a altura manométrica (mais elevado A’ ) maior será a
declividade da linha piezométrica menor poderá ser o diâmetro para
aduzir Q
A presão produzida pela bomba está relacionada com a potência do
equipamento
Indeterminação do problema há uma infinidade de diâmetros e
potências que permitem solucionar a questão para uma mesma vazão
de dimensionamento

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• Diâmetros escolhidos com base em critério econômico considera-se
as despesas com a tubulação e com os conjuntos elevatórios
• Quanto maior a altura manométrica gerada pela bomba, maior será a
declividade da linha piezométrica e menor poderá ser o diâmetro para
conduzir a vazão maior custo do conj. elevatório e os gastos com
energia elétrica
• Diâmetro mais conveniente é aquele que resulta em menor custo total
das instalações (estação elevatória, tubulação, energia consumida e
outros custos de operação)
• Aspectos econômico-financeiros:
• Aquisição e assentamento dos tubos, peças e aparelhos
• Aquisição do conjunto motor-bomba adequado para cada diâmetro
• Operação, manutenção e consumo de energia elétrica
• Amortização e juros

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Recomendações para escolha do
diâmetro econômico da adutora
• Análise econômica através do critério do valor presente, com taxa
de desconto de 12% ao ano ou indicada pelo órgão financiador
• Consideração de custos não comuns como:
– Custo de aquisição e implantação da adutora
– Custo dos equipamentos
– Despesas com energia elétrica
• Definição de etapas de implantação da adutora e dos conjuntos
motor-bomba
• Alternativas a serem estudadas com o mesmo tipo de bomba e com
a mesma modulação
• Pré-dimensionamento do diâmetro através da fórmula de Bresse
Solução de casos práticos:
adutora por recalque
• Pré-dimensionamento do diâmetro
• Adução contínua 24 horas
• FÓRMULA DE BRESSE:
D diâmetro da adutora de recalque (m)
Q vazão aduzida (m3/s)
K fator da fórmula de Bresse
D = K Q

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D = K Q
• A constante K depende de custos de:
– Material
– Mão-de-obra
– Operação
– Manutenção do sistema, etc.
• Varia de local para local e no tempo, principalmente em
regimes inflacionários
• Normalmente: 0,75 K 1,4
• De um modo geral, pode ser tomado k = 1,2 quando se
utilizam tubos de ferro fundido
Algumas observações sobre
a fórmula de Bresse
• Trata-se de uma equação muito simples, para
representar um problema complexo e com muitas
variáveis econômicas aplicada na fase de anteprojeto
• Em sistemas de menor porte, com adutoras de até 6’’,
pode conduzir a um diâmetro aceitável
• A fixação de um valor para K velocidade de
econômica (comuns valores entre 1,0 e 1,5 m/s)
• Fórmula de Bresse deve ser aplicada para sistemas de
funcionamento contínuo (24 hs)

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Para adutoras que funcionam apenas
algumas horas por dia:
D 1,3.X 0,25 Q(m3 / s) r =
X fração de horas por dia
X = n/24
n = número de horas de funcionamento por dia
Recomendada pela NBR-5626
•Na vida útil dos projetos de instalações de recalque, os
gastos de energia muitas vezes ultrapassam os custos de
investimento das instalações, é uma despesa operacional
de relevância na determinação do diâmetro econômico das
adutoras
•Representam 50% das despesas das companhias de
saneamento

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• Instalações de maior porte, estudo econômico:
1. Adotam-se três a quatro diâmetros, em torno do valor obtido através das
fórmulas anteriores;
2. Determinam-se as características dos conjuntos elevatórios (altura
manométrica, potência, rendimento, etc.) necessárias à instalação, para
cada diâmetro;
3. Calculam-se os consumos anuais de energia para cada conjunto
elevatório-diâmetro;
4. Determinam-se os custos anuais de amortização e juros do capital
investido na aquisição de tubos e equipamentos de recalque (incluindo
sistemas elétricos) para cada alternativa;
5. Somam-se os custos resultantes da aquisição de equipamentos, tubos e
energia, para cada alternativa e escolhe-se o diâmetro que conduz ao
menor custo global.
• Determinado D, calcula-se a perda de carga contínua e a velocidade.
Por Hazen-Williams ou da fórmula universal (projeto)

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Curva característica de uma adutora
• As curvas relacionam vazão e altura manométrica facilita a
solução de grande número de problemas de recalque
= + ® = .
+ΣD
H H h h J L h
man g f f
• (1)
• Expressando em função da vazão:
• (2)
n
.
= +
H H r Q
man g
• Hman altura manométrica (m)
• Hg altura geométrica total (m)
• Hf perda de carga total (m)
• r constante para cada adutora (varia com o envelhecimento
da tubulação)
• Q vazão
• n coeficiente (=2, caso a fórmula para a determinação da
perda de carga seja a universal, =1,85 se Hazen-Williams)

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• Para um valor de vazão, determina-se Hman
(considerando as perdas ao longo das tubulações e as
localizadas na elevatória, na sucção e no recalque)
• Com a equação 2, calcula-se o valor de r
• Adota-se novos valores de Q e, para cada um Hman.
• Traça-se a curva:
Curva característica
Q Qm Q Q1 2
Hman
Hm
H2
H1
Hg
0
• Obs.: Não é necessário p/ as adutoras por gravidade, uma vez que
para cada diâmetro, corresponde uma única vazão

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Associação de linhas adutoras
• A adução pode ser:
– Única tubulação
– Tubulações associadas
• Em série
• Em paralelo
Associação de linhas adutoras
• Análise por via gráfica: curvas características
• Regra básica:
– Adução em paralelo soma-se as vazões e as
perdas de carga permanecem as mesmas
– Adução em série soma-se as perdas de carga e as
vazões permanecem as mesmas

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Adução em paralelo de
adutoras por recalque
Adução em série de
adutoras por recalque

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Materiais das Adutoras
• O que é tubulação?
• Normalmente definida como sendo um
conjunto de tubos e conexões com a
finalidade de transportar água de um ponto
a outro
Materiais das adutoras
• Devem ser consideradas para a escolha dos materiais:
• Qualidade da água:
• O material não deverá prejudicar a qualidade da água, não deverá
ser dissolvido pela água, e se dissolver, não deverá provocar danos
aos usuários
• Quantidade de água:
• A seção da tubulação não deverá sofrer modificações e sua
rugosidade interna, não deverá sofrer alteração sensível durante o
tempo
• Não provocar vazamentos nas juntas

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• Devem ser consideradas para a escolha dos materiais:
• Não provocar trincas, corrosões e arrebentamentos por açãos
externas e internas
• Pressão da água:
• Os materiais devem resistir os esforços internos, inclusive contra os
transitórios hidráulicos, sem provocar trincas, arrebentamentos e
vazamentos nas juntas
• Economia:
• Ter menor custo, ter durabilidade, resistir a ação de choques,
permitir o menor número de juntas e facilitar a operação e a
manutenção
• Outros fatores:
• Características do local (declividade, tipo de solo, localização
do lençol freático, etc.)
• Disponibilidade (dimensões, espessuras, juntas e acessórios)
• Propriedades do material (revestimentos, resistência à fadiga e
à corrosão)
• Pressões externas (peso da terra, carga do tráfego)
• Métodos de assentamento

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Principais materiais
• Tubos metálicos:
– Aço
– Ferro fundido dúctil
– Ferro fundido cinzento (não está mais sendo fabricado no Brasil)
• Tubos não metálicos
– Materiais plásticos (PVC, poliéster reforçado com fibra de vidro)
– Concreto protendido
– Cimento amianto (não está mais sendo fabricado no Brasil)
• Cada tipo de material apresenta vantagens e desvantagens. É,
portanto, difícil apontar sem um estudo cuidadoso o que satisfaça a
todos os requisitos desejados de resistência, durabilidade e
economia.
Tubulação de Aço
• A tubulação de aço é geralmente competitiva com o ferro fundido dúctil
para grandes diâmetros e pressões elevadas
• Fabricados no Brasil com D entre 150 e 2500 mm, sendo mais vantajoso
nas tubulações com D 800mm
• Características:
• Ótima resistência às pressões externas e internas, permitindo a utilização
de paredes finas (devem ser observadas as condições de colapso)
• Facilidade de deformação (cuidados especiais)
• Custo maior que as outras tubulações
• Pouca resistência à corrosão
• Dificilmente apresentam vazamentos, especialmente quando soldados
• Quando aparentes, são sujeitos à dilatação (juntas de expansão)
• Necessário revestimento interno para não oferecerem resistência ao
escoamento

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Tubulação de Aço – Tipos de juntas
• Junta Soldada:
• Mais utilizada
• Tem grande resistência mecância
• Boa estanqueidade
• Facilidade de aplicação
• Eliminação de ancoragem (apenas nos
casos de travessias)
• Impossibilidade de desmontagem
• Junta Flangeada:
• Geralmente utilizadas em tubulações de sucção e no barrilete de
estações elevatórias
• Facilitam as montagens e desmontagens
• Dispensam os blocos de ancoragem

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• Junta Elástica:
• Utilizada para tubulação de aço com ponta e bolsa
• Facilidade de montagem e manuseio dos tubos
• Permite deflexões com perfeita estanqueidade
• Dispensa mão-de-obra especializada
Obs.: Todas as estruturas e tubulações metálicas enterradas
estão sujeitas às ações corrosivas de natureza eletroquímica ou
eletrolítica, havendo a necessidade de revestimentos internos e
externos
Tubulação de ferro fundido
• Ferro fundido cinzento: elevada fragilidade e vulnerabilidade à corrosão,
principalmente em terrenos agressivos (não é mais fabricado)
• Ferro fundido dúctil: aqui se introduz uma pequena quantidade de magnésio,
com isso, a grafita se cristaliza sob a forma de esferas, que tornam o material
mais elástico (menos frágil) e resistente à tração e aos impactos
– São fabricados nos diâmetros de 50 a 1200 mm
– Comprimentos variando de 3, 6, 7 m
– Revestidos internamente por argamassa de cimento aplicada por
centrifugação e externamente recebem uma camada de zinco metálico
puro

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• Junta elástica - mais utilizada em
tubulações de ponta e bolsa
• Junta elástica travada – anterior +
travamento para neutralizar esforços
dinâmicos que ocorram nas tubulações,
evitando-se a desconexão dessas,
através do travamento de suas bolsas.
Dispensa de ancoragem. (solos de
pequena resistência, travessia de rios,
etc.). Custo elevado.
• Junta mecânica – para tubos com
D médios e grandes, sendo
preparada para suportar grandes
pressões. Montagem simples e
rápida, permite desmontagem e
reaproveitamento do material
• Junta de flanges – é uma junta
rígida que permite a
desmontagem da tubulação.
Utilizada em tubulações não
enterradas e sujeitas a eventuais
desmontagens (captação,
tomada d’água, EE)

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Tubulação de Concreto
• Em desuso
• Adutoras em conduto livre
• Custo e resistência
• Problemas constantes de vazamentos
Operação das Adutoras
• Condição normal: previsto em projeto. Manobras necessárias para a
adequação do sistema às situações operacionais pré-determinadas
• Condição emergencial: falha operacional de um dos dispositivos
previstos para operar em manobras normais
– Ex.: tempo de manobra de uma válvula maior que o previsto,
funcionamento inadequado de dispositivos de proteção, etc.
• Condição catastrófica: excepcional acidente operacional

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Descarga de adutoras
• O dispositivo deve ser dimensionado de modo a
propiciar velocidade mínima de arrasto para remover o
material eventualmente sedimentado
• O dispositivo deve proporcionar o esvaziamento
completo do trecho da adutora da gravidade; caso não
seja possível, deve-se prever meio adequado de
completar o esvaziamento
• A água deve ter sua energia dissipada e ser
convenientemente encaminhada ao sistema receptor

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Dimensões da descarga
• Azevedo Netto et al. (1998):
• Na falta de melhores estudos e como regra
prática para um dimensionamento provisório,
recomenda-se adotar o diâmetro da descarga
como sendo igual a 1/6 do diâmetro da
tubulação a drenar

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