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17/09/2017
Universidade Federal da Paraíba Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Enge nharia Civil e Ambiental
SIFÃO INVERTIDO
Sistemas Sistemas de Esgoto e Drenagem Drenagem - 1703217 Prof. Leonardo Vieira Soares
Introdução
Necessidade de transpor obstáculos
Estes obstáculos podem ser: rios, córregos, galerias de águas pluviais, adutoras, linhas de metrô, galerias galerias de cabos elétricos ou de comunicação etc.
Alternativas para transposição do obstáculo: •
Por recalque → uso de estação elevatória de esgoto.
•
Por gravidade → aprofundando a tubulação mantendo escoamento livre.
•
Por Sifão Invertido → “aprofundar a tubulação e, após o obstáculo, elevá-la novamente até atingir uma cota apenas ligeiramente inferior à cota da tubulação logo a montante do obstáculo (escoamento forçado).” forçado).” 2
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Introdução
Sifão Invertido – Planta e Corte. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999), pg. 202.
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Introdução
Sifão Invertido – Planta e Corte. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999), pg. 203.
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Hidráulica do Sifão Invertido
Escoamento por gravidade em conduto forçado ( seção plena Y/D =1 );
Nível de água na câmara de entrada é superior ao da câmara de saída (diferença é a perda de carga total entre elas);
Cálculo da perda de carga distribuída;
•
Fórmula Universal: K = 2 mm
•
Fórmula de Hazen-Williams: C = 100
•
Fórmula de Manning: n = 0,015
Cálculo da perda de carga localizada: Onde: DHL: perda de carga localizada, m; KS: somatório dos coeficientes de perda de carga localizada; v: velocidade média na seção, m/s; g: aceleração da gravidade, m/s2.
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Hidráulica do Sifão Invertido
Perda de Carga em Sifão Invertido. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999), pg. 205. 6
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Parâmetros para Dimensionamento
Critério de Velocidade Mínima •
Para Tsutiya e Além Sobrinho (1999):
v ≥ 0,90 m/s (vazão máxima horária de um dia qualquer); v ≥ 0,60 m/s (vazão média). •
Para Nuvolari et al. (2003):
vi ≥ 0,60 m/s (Q i = K2 . Pi . qe . C/86.400) vf ≥ 0,90 m/s (Q f = K2 . Pf . qe . C/86.400) Considerar v ≥ 0,60 m/s (para vazão média desde o ano inicial de operação).
Velocidades máximas evitar perdas de carga excessivas: Para Tsutiya e Além Sobrinho (1999): v ≤ 3,0 m/s. •
Para Nuvolari et al. (2003): v i ≤ 1,5 m/s (qualquer caso).
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Parâmetros para Dimensionamento Diâmetro mínimo: é recomendável que o diâmetro mínimo do sifão invertido seja igual ao diâmetro mínimo do coletor de esgoto; Para Tsutiya e Além Sobrinho (1999):
f ≥ 150 mm Para Nuvolari et al. (2003):
f ≥ 100 mm
Número de Tubulações: Mínimo de 2 (duas) tubulações (isolamento de uma quando for realizado reparos e desobstruções). Quando há grande variação de vazão, definir quantidade de tubulações que garanta às velocidades mínimas. Segundo Prof. Carlos Fernandes da UFCG:
Q máx/Q mín > 5 (mínimo 3 tubulações). 8
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Perfil do Sifão Definição em função: Perdas de carga; Facilidade de limpeza; Condições locais e disponibilidade de espaço; Importante projetar sifões com ângulos suaves.
Tipos de perfis de Sifão Invertido. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999), pg. 207.
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Câmaras Visitáveis Projetado com duas câmaras visitáveis, sendo uma de montante ou de entrada, e outra de jusante ou de saída. . 9 6 . g p , ) 3 0 0 2 ( . l a t e i r a l o v u N : e t n o F . o d i t r e v n I o ã f i S
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Câmaras Visitáveis
Câmara de Montante – Controle de vazão por STOP-LOG.
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Câmaras Visitáveis
Câmara de Montante – Controle de vazão por VERTEDOR LATERAL. 12
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Câmaras Visitáveis
Câmara de Jusante – Controle de vazão por STOP-LOG.
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Ventilação
Ventilação. Fonte: Tsutiya e Além Sobrinho (1999).
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Uso de Extravasores e Materiais
Pode-se prever uma canalização extravasora na câmara de montante, com cota suficiente para o lançamento de esgotos no rio. Porém, deve-se observar as questões de manutenção da qualidade do rio em questão.
Materiais: Tubos de Ferro Fundido; Concreto Armado; Aço e PVC.
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido
Elaborar um projeto de sifão invertido a partir dos seguintes dados: As vazões afluentes ao sifão ao longo dos anos, será de acordo com os valores mostrados na figura ao lado.
IMPLANTAÇÃO
ETAPA 1
ETAPA 2
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido a) Vazões do Projeto VAZÕES (l/s) ETAPAS
MÉDIA (Q)
Máxima horária de dia qualquer
Máxima
Implantação
80
111
130
1 (após 10 anos)
200
283
336
2 (após 20 anos)
328
446
534
b) Comprimento do Sifão: L = 40 m c) Características do coletor que aflui ao sifão - Diâmetro de 800 mm - I = 0,0036 m/m - Cota de soleira do coletor afluente (geratriz inferior interna) = 384,00 m 17
Exemplo: Projeto de um sifão invertido SOLUÇÃO: 1. Número de tubulações - Sifão será projetado para 3 tubulações: Tubulação 1 atenderá a etapa imediata Tubulações 1 + 2 atenderá a primeira etapa (após 10 anos) Tubulações 1 + 2 + 3 atenderá a segunda etapa (após 20 anos)
2. Critério adotado para dimensionamento das tubulações ( ) 1º Para vazão média: v ≥ 0,60 m/s 2º Para vazão máxima de um dia qualquer: v ≥ 0,90 m/s
3. Diâmetro da Tubulação 1 ( 1) Atender a etapa imediata Q 1 = 80 l/s S1 = Q 1/v = 0,080/0,60 = 0,133 m2 D1 = (4.S1/p)1/2 = (4x0,133/p)1/2 = 0,412 m DN1 400 FoFo v = Q 1/S1 = (0,08/(p.(0,4)2/4) = 0,64 m/s Pelo 2º critério, adotando-se v = 0,90 m/s para vazão máxima horária de um dia qualquer.
S1 = 0,123 m2 DN1 400.
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido 4. Diâmetro da Tubulação 2 ( 2) Atender a 1ª Etapa Q med = 200 l/s Q 2 = 200 – 80 = 120 l/s S2 = Q 2/v = 0,120/0,60 = 0,200 m2 D2 = (4.S2/p)1/2 = (4x0,200/p)1/2 = 0,505 m DN2 500 FoFo v = Q 2/S2 = (0,120/(p.(0,5)2/4) = 0,61 m/s Pelo 2º critério, adotando-se v = 0,90 m/s para vazão máxima horária de um dia qualquer, Q 2 = 283 – 111 = 172 l/s S2 = 0,191 m2 DN2 500.
5. Diâmetro da Tubulação 3 ( 3) Atender a 2ª Etapa Q med = 328 l/s Q 3 = 328 – 200 = 128 l/s S3 = Q 3/v = 0,128/0,60 = 0,213 m2 D3 = (4.S3/p)1/2 = (4x0,213/p)1/2 = 0,521 m DN2 500 FoFo v = Q 3/S3 = (0,128/(p.(0,5)2/4) = 0,65 m/s Pelo 2º critério, adotando-se v = 0,90 m/s para vazão máxima horária de um dia qualquer, Q 2 = 446 – 283 = 163 l/s
S3 = 0,181 m2 DN2 500. 19
Exemplo: Projeto de um sifão invertido 6. Cálculo da curva característica e a forma de se operar o s ifão 6.1. Perda de carga localizada KS v2/2g
Peça
Ks
Entrada
0,5
2 Curvas de 45o
0,4
Saída
1
KS
1,90
Logo: 1,90 v2/2g
6.2. Perda de carga distribuída Fórmula Universal
Tubo de ferro fundido dúctil classe k7, K = 2 mm, L = 40 m, determina-se as perdas 20 de carga totais para os tubos DN 400 e DN 500 (Tabelas a seguir).
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido Perda de carga total , em função da vazão para o sifão com DN 400.
v=Q/A
1,90 v2/2g
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido Perda de carga total , em função da vazão para o sifão com DN 500.
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido Curva característica do sifão invertido e suas condições de operação.
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido Variação das velocidades e das perdas de carga nas tubulações do sifão, em função do intervalo das vazões.
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido Período de Operação do Sifão
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Níveis de água na câmara do sifão 7.1. Câmara de Montante Considera-se as vazões que ocasionam as perdas de cargas máximas (0,35 m). Na tabela abaixo, estão determinadas as cotas dos níveis de á gua na câmara de montante para essas vazões. Q/(I)1/2 = 0,150/(0,0036)1/2 = 2,500 (DN 800) Y/D = 0,30 Y = 0,3 x 0,8 = 0,24 NA = Cota Soleira + Y = 384,00 + 0,24 = 384,24 m.
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Níveis de água na câmara do sifão 7.1. Câmara de Montante
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Níveis de água na câmara do sifão 7.2. Câmara de Jusante O nível de água na saída do sifão é resultante do nivel de água de montante, menos a perda de carga.
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Níveis de água na câmara do sifão 7.2. Câmara de Jusante
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Exemplo: Projeto de um sifão invertido 8. Ventilação Será projetada uma tubulação para a ventilação do sifão a ser localizada na câmara de montante. Seu diâmetro será equivalente a um décimo da tubulações do sifão. 1 f 400 S1 = pD2/4 = p(0,4)2/4 = 0,126 m2 2 f 500 S2 = 2pD2/4 = 2p(0,5)2/4 = 0,392 m2 A área equivalente das tubulações do sifão será de 0,519 m2. Portanto, a área da tubulação de ventilação será de 0,0519 m2 e seu diâmetro será: DV = (4Sv/p)1/2 = (4x0,0519/p)1/2 = 0,257 DNv 250 mm.
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Bibliografia
Capítulo 4 (Páginas 66 a 72) de NUVOLARI, ARIOVALDO (Coordenador). Esgoto sanitário; coleta, transporte e reúso agrícola. 1ª Edição. São Paulo: Edgard Blücher, 2003. 520 p.
Capítulo 6 (201 a 221) de TSUTIYA, MILTON TOMOYUKI & ALEM SOBRINHO, PEDRO. Coleta e transporte de esgoto sanitário. 1ª Edição – São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da universidade de São Paulo, 1999. 548 p.
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