AULA 7
6. Conceito e dimensionamento do tronco em uma residência
Vamos pegar como primeiro exemplo uma residência térrea abastecida por um único reservatório superior. Esse reservatório vai atender um banheiro, uma cozinha e uma área de serviço.
6.1. Análise do projeto
O reservatório vai atender 3 ambientes de uma residência: um banheiro, uma cozinha e uma área de serviço.
Portanto, a residência tem 3 ramais. Cada ramal possui uma válvula de controle e manutenção e após a passagem por cada um desses registros de gaveta é feita a distribuição de água no ambiente.
O trecho de tubulação que atende os ramais é chamado de TRONCO, ou seja, a partir do tronco é que se subdividem os ramais para os ambientes em um sistema que se chama ramificado.
Perspectiva Isométrica do Banheiro, Cozinha e Área de Serviço
6.2. Determinação do ponto mais desfavorável e separação dos trechos da tubulação.
O ponto mais desfavorável da instalação pode ser o chuveiro (CH) pois possui a menor pressão estática (Pe) ou o tanque (TQ), porque apesar de possuir boa pressão estática, está mais distante do reservatório (quanto maior o comprimento, maior a perda de carga, lembram?)
Independente disso, precisaremos dimensionar todos os tubos e para isso, vamos determinar os trechos a serem calculados. Ao sair do RESERVATÓRIO e passar pelo Registro de Gaveta, encontramos a primeira derivação (Tê) do nosso tronco. Vamos chamar esse ponto de A. Continuando em direção do banheiro, chegamos no ramal do banheiro e na segunda derivação que vamos chamar de B.
Voltando para a laje, no nosso tronco, indo em direção a cozinha e a área de serviço, vamos encontrar uma segunda derivação que chamaremos de C. A partir dessa segunda derivação do tronco é que vão surgir os ramais da cozinha (esquerda) e da área de serviço (do lado direito)
6.3. Pré-dimensionamento dos Ramais
6.3.1. Ramal do Banheiro (A - B)
Aparelho Chuveiro Bacia com caixa de descarga Lavatório Aplicando a Somatória de Pesos no ábaco ou aplicando a fórmula, temos
Q= 0,3 l/s
DN= 20 mm
6.3.2. Ramal da Cozinha (C - PI)
Aparelho Pia Filtro Aplicando a Somatória de Pesos no ábaco ou aplicando a fórmula, temos
Q= 0,27 l/s
DN= 20 mm
6.3.3. Ramal da Área de Serviço (C - MLR)
Aparelho Máquina de Lavar Roupa Tanque Aplicando a Somatória de Pesos no ábaco ou aplicando a fórmula, temos
Q= 0,39 l/s
DN= 20 mm
6.4. Pré-dimensionamento do tronco
6.4.1. Tronco (Reservatório - A)
Esse é o principal trecho do tronco. Esse trecho atende todos os três ramais da edificação:
Ambiente/ramal Banheiro Cozinha Área de Serviço TOTAL Para pré-dimensionar o tronco, vamos utilizar a soma das vazões, pois a estatística de uso já foi utilizada no dimensionamento dos ramais.
Logo é só aplicar o valor da vazão Q=0,96 l/s no ábaco 1.71 e extrair o valor do diâmetro nominal:
DN= 25 mm
6.4.2. Tronco (A - C)
Esse trecho do tronco já exclui o ramal do banheiro, logo temos somente a cozinha e a área de serviço:
Ambiente/ramal Cozinha Área de Serviço TOTAL Aplicando o mesmo conceito do trecho principal do tronco, temos a somatória de vazão Q=0,66 l/s. Aplicando o valor da vazão Q no ábaco 1.71, temos:
DN= 25 mm
6.5. Cálculo da Pressão Dinâmica e da Perda de Carga nos pontos mais desfavoráveis
6.5.1. Ponto do Chuveiro (CH)
- Perda de Carga total (hf)
O tronco e os ramais já foram pré-dimensionados. Só falta pré-dimensionar o trecho B - CH do sub-ramal do chuveiro.
Aparelho Chuveiro Aplicando o valor no ábaco 1.71, temos:
Q= 0,19 l/s
DN= 20 mm (apesar de estar em um região de duplo diâmetro, adotamos o maior, pois como certeza vamos ter problema de pressão)
Como já temos todos os valores de vazão Q e os pré-dimensionamentos (DN), podemos calcular a perda de carga unitária (J) e a velocidade (v) através do ábaco 1.37.
reserv-A 0,96 0,17 1,90 A - B 0,30 0,072 0,95 B - CH 0,19 0,032 0,62
Pelo projeto, podemos achar os comprimentos reais (CR) e os comprimentos equivalentes (CE):
0,40+0,60= 1,00 Para DN= 25 mm
Entrada de borda- 1,20
2 joelhos de 90 - 3,00
Registro de Gaveta - 0,30
TOTAL: 4,50 m
0,40+0,70+1,10= 2,20 Para DN= 20 mm
Tê passagem direta - 0,80
Joelho de 90 - 1,20
Registro de gaveta - 0,20
TOTAL: 2,20 m
0,50+1,10 = 1,60 Para DN= 20 mm
Tê de saída lateral - 2,40
Registro de Globo Aberto - 11,40
2 joelhos de 90 - 2,40
TOTAL: 16,20 m
Assim já podemos montar a tabela de perda de carga.
reserv-A 0,96 1,90 1,00 4,50 5,50 0,17 0,94 A - B 0,30 0,95 2,20 2,20 4,40 0,072 0,32 B - CH 0,19 0,62 1,60 16,20 17,80 0,032 0,57 TOTAL 1,83 mca Conclusão: Do ponto de saída do reservatório até o ponto do chuveiro, temos uma perda de carga total de 1,83 mca.
- Cálculo da pressão dinâmica
Pd = Pe - hf
Pressão estática: é a diferença de altura entre a saída do reservatório e o ponto do chuveiro. Pe= 0,60 + 0.70
Pe = 1.30 m
Pd = 1.30 - 1.83
Pd = -0,53 mca
Como a pressão mínima de serviço é 0,50 mca, a pressão dinâmica no chuveiro não é suficiente.
A elevação do reservatório em mais de 1,00 m não é uma solução viável em um residência, a menos que o reservatório faça parte do partido arquitetônico ficando em destaque na volumetria da edificação.
Logo vamos analisar os problemas e as nossas opções de solução.
6.6. Análise dos resultados
Quando se trata de um projeto completo como esse, primeiro temos que analisar as perdas de carga ( hf ) por trecho:
reserv-A 0,96 1,90 1,00 4,50 5,50 0,17 0,94 A - B 0,30 0,95 2,20 2,20 4,40 0,072 0,32 B - CH 0,19 0,62 1,60 16,20 17,80 0,032 0,57 TOTAL 1,83 mca Reparem que a maior perda de carga ocorre no tronco, trecho entre a saída do reservatório e a primeira derivação A (reserv-A) com 0,94 mca.
A primeira conclusão é que um diâmetro nominal ( DN ) de 25 mm no tronco gera uma perda de carga muito grande, portanto vamos aumentar para o diâmetro nominal comercial seguinte, que é 32 mm e recalcular as perdas de carga no trecho.
Se há mudança no diâmetro do tronco para 32 mm, mantendo-se a mesma vazão ( Q ) de 0,96 l/s, altera-se a perda de carga unitária ( J ) e a velocidade no trecho ( v ) que deverá ser lida no ábaco 1.37:
Novo J = 0,062 m/m (contra o antigo J=0,17 m/m)
Nova v = 1,20 m/s (contra a antiga v=1,90 m/s)
Além disso, também vai haver mudança no comprimento equivalente do trecho, pois para um diâmetro de 32 mm, os comprimentos equivalentes serão maiores:
Entrada de borda- 1,80
2 joelhos de 90 - 4,00
Registro de Gaveta - 0,40
TOTAL do novo CE = 6,20 m (contra 4,50 m do tubo de 25 mm de diâmetro)
Em função dos novos valores, podemos refazer a tabela de perdas de carga:
reserv-A 0,96 1,20 1,00 6,20 7,20 0,062 0,44 A - B 0,30 0,95 2,20 2,20 4,40 0,072 0,32 B - CH 0,19 0,62 1,60 16,20 17,80 0,032 0,57 TOTAL 1,33 mca
Conseguimos uma redução total de 0,50 mca (novo hf=1,33 mca contra o antigo hf=1,83 mca) somente aumentando o diâmetro do tronco para 32 mm.
No entanto a pressão dinâmica ainda não é suficiente:
Pd = Pe - hf
Pd = 1,30 - 1,33
Pd = -0,03 mca.
Vamos ter que refazer o cálculo para um tronco com diâmetro nominal de DN=40 mm
6.7. Recálculo para tronco como diâmetro nominal DN = 40 mm
Se há mudança no diâmetro do tronco para 40 mm, mantendo-se a mesma vazão ( Q ) de 0,96 l/s, altera-se a perda de carga unitária ( J ) e a velocidade no trecho ( v ) que deverá ser lida no ábaco 1.37:
Novo J = 0,019 m/m (contra o antigo J=0,062 m/m)
Nova v = 0,75 m/s (contra a antiga v=1,20 m/s)
Para um diâmetro de 40 mm, os comprimentos equivalentes serão maiores:
Entrada de borda- 2,30
2 joelhos de 90 - 6,40
Registro de Gaveta - 0,70
TOTAL do novo CE = 9,40 m (contra 6,20 m do tubo de 32 mm de diâmetro)
Em função dos novos valores, podemos refazer a tabela de perdas de carga:
reserv-A 0,96 0,75 1,00 9,40 10,40 0,019 0,20 A - B 0,30 0,95 2,20 2,20 4,40 0,072 0,32 B - CH 0,19 0,62 1,60 16,20 17,80 0,032 0,57 TOTAL 1,09 mca
Conseguimos uma redução de mais 0,24 mca (novo hf=1,09 mca contra o antigo hf=1,33 mca) aumentando o diâmetro do tronco para 40 mm.
No entanto a pressão dinâmica ainda não chega a pressão mínima de serviço de 0,50 mca
Pd = Pe - hf
Pd = 1,30 - 1,09
Pd = 0,21 mca.
Exigindo o aumento da pressão estática em cerca de 30 cm ou então o aumento do diâmetro do ramal do banheiro para 25 mm que também exigiria o recálculo do trecho A - B