Grundfospressurizacao
Grundfospressurizacao
Grundfospressurizacao
Manual de Engenharia
Biblioteca Nacional - Catalogao na Publicao Manual de Engenharia Sistemas de Pressurizao ISBN: 972 - 99554 - 0 - 9
Copyright 2005 - Bombas Grundfos Portugal / Margarida Ruas / Raul Vital / Paulo Ramsio / Eduardo Nunes / Carlos Medeiros / Ana Amlia Santos / Jos Beltro / Pedro Farinha / Lus Olival
Nenhuma parte deste livro poder ser reproduzida, de qualquer forma ou meio, sem a autorizao prvia do editor. Edio de: Bombas Grundfos Portugal, S.A.
PREFCIO
Actualmente, as sociedades desenvolvidas, na sequncia da melhoria da qualidade de vida, tm como expectativa no apenas o acesso fcil ao recurso gua mas tambm elevados padres de qualidade no seu abastecimento. Esta exigncia arrasta consigo a garantia do fornecimento contnuo, a sua qualidade intrnseca e as caractersticas adequadas ao seu uso, inerentes quantidade e presso. Estes critrios de qualidade a que todos ns, de forma crescente, nos fomos habituando, so aplicveis, principalmente, ao consumo humano, mas so tambm extensveis aos sectores econmicos da sociedade, cujo desenvolvimento est na dependncia da gua. Para atingir os desejados padres de qualidade fundamental o cumprimento da legislao vigente e a aplicao das tecnologias mais avanadas, factores que se revelam da maior importncia para a optimizao dos custos de explorao, dos quais o consumo energtico um factor determinante, se tomarmos em conta que aproximadamente 20% do consumo mundial de energia elctrica se destina a grupos electrobomba. O reconhecimento de que uma das componentes do custo da gua reside na sua movimentao, desde a captao sua utilizao, implica que a seleco dos sistemas de pressurizao devero ser cada vez mais eficientes e econmicos. A responsabilidade social e o desenvolvimento sustentado que a Grundfos assume nos seus valores, sensibiliza-a para a importncia da reflexo e do dilogo sobre o tema da gua como bem fundamental e escasso. Foi com este esprito presente que o Manual de Engenharia sobre o tema "Sistemas de Pressurizao" foi abraado por um conjunto de docentes universitrios e especialistas, em vrios sectores da utilizao da gua, tendo como objectivo a optimizao da eficincia e da fiabilidade da movimentao da gua. O contedo deste Manual foi estruturado com informao tcnica actualizada, desde a legislao s solues tecnologicamente mais avanadas, complementado com ferramentas e tcnicas para a melhoria do Custo do Ciclo de Vida dos sistemas pblicos, prediais, industriais e na rega. O conceito de variao de velocidade utilizado nos sistemas hidrulicos, adaptado em concepes diversificadas, em funo das caractersticas das aplicaes, como processo para optimizao do consumo energtico. aqui inserido um documento de referncia, que descreve a evoluo histrica do abastecimento de gua cidade de Lisboa e regies limtrofes, desde a ocupao Romana actualidade, relatando os acontecimentos histricos que foram influenciados por essa evoluo. referida a importncia da gua para o consumo humano, para a rega e para a higiene pblica. ainda abordada a problemtica do seu tratamento e as suas propriedades teraputicas para a cura de diversas doenas. Evoca ainda a importncia da gua no desenvolvimento da cidade de Lisboa, assim como transmite os detalhes da evoluo tecnolgica nos meios utilizados para o abastecimento da gua, desde as nascentes aos consumidores pblicos e industriais, at ao abastecimento domicilirio com gua canalizada. Este Manual uma colectnea dos contributos da Grundfos e de todos aqueles que participaram na realizao deste projecto, e teve como orientao estratgica a gesto racional da gua e a sustentabilidade ambiental. Destina-se sociedade em geral e em particular aos consultores, projectistas, empresrios, empresas municipais e multimunicipais, tcnicos, docentes e alunos de universidades e institutos cuja actividade est, directa ou indirectamente, dependente do estudo e da utilizao da gua. Antnio Miranda Administrador Delegado Bombas Grundfos Portugal
Bombeamento ou bombagem
Os idiomas no so instrumentos neutros nem modelos estticos. As lnguas maternas reflectem os conceitos vigentes na sociedade, em cada momento, e devem responder s necessidades de todos e de cada um dos falantes. As lnguas, como qualquer organismo vivo, mudam com o tempo e as vontades. Por isso, h certas palavras e formas de dizer que caem em desuso (morrem, podendo, mais tarde, ressuscitar) e outras que emergem (nascem) para designarem novos objectos ou conceitos. As palavras no so unvocas e s o contexto pode indicar o sentido exacto de cada termo. As palavras so polissmicas e podem significar uma "coisa" e o seu contrrio. Serve esta pequena introduo para explicar que, em matria lingustica, so to legtimas e frequentes as dvidas como as certezas. E diz-nos a experincia que do natural conflito entre norma e uso, mais tarde ou mais cedo, o uso que sai vencedor e se impe generalidade dos utentes, de tal modo que o que incorrecto num dado momento pode ser considerado correcto noutro. A dvida que suscitou estas reflexes esta: "bombar ou bombear" e "bombagem ou bombeamento"? O substantivo feminino bomba (no caso, a palavra primitiva) tem diferentes sentidos, denotativos uns, conotativos outros. E empregado na linguagem corrente, mas tambm em linguagens especficas (fsica, militar, geolgica). Para o caso, interessa apenas o significado de "mquina para aspirar e elevar lquidos; aparelho com que se transvasam ou esgotam fluidos (lquidos ou gases)". Do substantivo bomba derivaram outras palavras, designadamente, o verbo bombear e o substantivo bombeamento. No primeiro caso, juntando a bomba o sufixo verbal -ear (tal como de guerra+ear se formou guerrear e de cabea+ear derivou cabecear) que encerra um sentido frequentativo (repetio de uma ideia). Bombear significa "extrair um lquido ou um gs por meio de bomba". Bombeamento formou-se juntando ao verbo (bombear) o sufixo nominal -mento, atribuindo-lhe o sentido de "aco ou resultado da aco, estado". Assim, bombeamento pode designar "a extraco de um lquido ou de um gs por meio de bomba". Embora tambm haja quem empregue a forma bombagem como sinnimo de bombeamento (o Dicionrio da Academia, alis, inclui os dois verbetes), bombeamento , todavia, a forma mais antiga e mais adequada. Pelo menos esta a opinio dos mais reputados estudiosos da lngua portuguesa. Quer o verbo bombear quer o substantivo bombeamento so as formas a que os mais prestigiados dicionaristas do acolhimento. Do velho Morais ao novo Houaiss, passando pelos "Vocabulrios" de Gonalves Viana e Jos Pedro Machado, todos registam bombear e bombeamento e excluem as outras hipteses. Importa apenas acrescentar que o substantivo bombagem tambm respeita as regras de formao de palavras, ou seja, no colide com a morfologia do nosso idioma.
Edite Estrela
ndice
ndice
1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 2. 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 2.5.1 2.6 2.6.1 2.7 2.8 2.9 2.9.1 2.9.2 2.9.3 2.10 2.11 2.12 2.13 3. Evoluo histrica dos sistemas de abastecimento de gua a Lisboa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das origens ao aqueduto romano de Olisipo . . . . . . . . . . . . Os antigos chafarizes de Lisboa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propostas para a reconstruo do aqueduto romano . . . . O Aqueduto das guas Livres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Os projectos de Pezerat face falta de gua no sculo XIX . . . A 1. Companhia das guas e o comeo do abastecimento domicilirio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A 2. Companhia das guas e o Alviela . . . . . . . . . . . . . . . . . . O projecto de 1908 para captao de gua no Tejo . . . . . . As municipalizaes do abastecimento de gua e a sobrevivncia da Companhia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Duarte Pacheco e o contrato de 31 de Dezembro de 1932 . . Os problemas da qualidade das guas . . . . . . . . . . . . . . . . . . As duas opes em confronto - Tejo ou Zzere . . . . . . . . . . . Expanso do abastecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A EPAL e o Castelo de Bode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceitos fundamentais de hidrulica, bombas centrfugas e redes hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Princpios da mecnica dos fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propriedades da gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Viscosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Compressibilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tenso de saturao do vapor de gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceitos fundamentais de hidrocinemtica . . . . . . . . . . . . e hidrodinmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceitos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classificao dos escoamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equao da continuidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teorema de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teorema da quantidade de movimento ou de Euler . . . . . . Escoamentos sob presso em regime uniforme e permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Escoamentos laminares e escoamentos turbulentos . . . . . Perdas de carga contnuas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Perdas de carga localizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Redes hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classificao das redes hidrulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clculo hidrulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Regime uniforme e permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dimensionamento econmico de condutas . . . . . . . . . . . . . Curva caracterstica da instalao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bombas centrfugas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Constituio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Curva caracterstica da bomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cavitao e NPSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leis de semelhana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ponto de funcionamento de uma bomba centrfuga . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 11 11 12 12 13 17 17 18 21 21 22 24 25 26 26 28 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.6 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.10.1 4.10.2 4.11 4.12 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 5.6 5.6.1 Reservatrios de membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reservatrios hidropneumticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemplos de situaes-tipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caractersticas das centrais hidropneumticas . . . . . . . . . . Sistemas por bombeamento directo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Constituio e princpio de funcionamento . . . . . . . . . . . . . Bombas de velocidade fixa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas com bombas de velocidade varivel . . . . . . . . . . . Dimensionamento e seleco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Determinao do caudal mximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Determinao da presso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Regulao das presses de arranque e paragem . . . . . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Critrios de seleco e anlise de sistemas simples em regime transitrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelo de clculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Critrios de clculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Condies de fronteira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dispositivos de proteco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Volantes de inrcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvulas de reteno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reservatrios de ar comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuito de desvio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chamins de equilbrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reservatrios unidireccionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reservatrio parcialmente bidireccional . . . . . . . . . . . . . . . . Dispositivos de manuteno das presses transitrias . . . Vlvulas motorizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arrancadores suaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caso prtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 62 64 65 65 65 66 66 72 72 74 75 76
31 35 35 35 35 35 36 36 36 36 36 37 37 38 38 38 40 40 40 40 40 41 41 42 42 42 42 45 47 48 49
77 79 80 82 83 83 83 84 84 86 86 87 88 88 88 88 89 90
O Custo do Ciclo de Vida como factor de economia . . . . . 91 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 O que o Custo do Ciclo de Vida? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Razes para a utilizao do CCV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Determinao do Custo do Ciclo de Vida . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Implementao da metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Na fase de projecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Aplicao a sistemas existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Exemplos de aplicao do Custo do Ciclo de Vida . . . . . . . . 98 Sistema de bombeamento existente com uma vlvula de controlo de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.6.2 Escolha do sistema de pressurizao na fase de projecto . . . 99 5.7 Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6. 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 Sistemas de pressurizao Grundfos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de pressurizao com grupos electrobomba . . . de velocidade fixa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema Hydro 100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema Hydro 1000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema Hydro 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de pressurizao com grupos electrobomba de velocidade varivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema Hydro Solo E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema Hydro 2000 E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema Hydro 2000 F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teste de sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 105 105 105 106 107 109 109 110 112 113
Sistemas de pressurizao com velocidade fixa e velocidade varivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Tipos de sistema de elevao de presso . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Centrais hidropneumticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Constituio e princpio de funcionamento . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Grupos electrobomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51 55 55 55 55 56
ndice
7. 7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.3 7.3.1 7.3.2 7.4 7.4.1 7.4.2 8. 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.4 8.4.1 8.4.2 9. 9.1 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.3.4 9.3.5 9.4 9.4.1 9.4.2 9.4.3 9.4.4 9.4.5 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.5.4 9.6 9.6.1 9.6.2 9.6.3 9.7 9.7.1 9.7.2
Sistemas de controlo, comunicao e gesto . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controlo de sistemas de bombeamento . . . . . . . . . . . . . . . . . Controlo por nvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controlo por caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controlo por presso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Outros tipos de controlo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comunicao entre sistemas de bombeamento . . . . . . . . . Necessidade de comunicao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comunicao entre sistemas de controlo da mesma rede . . Gesto integrada entre sistemas de bombeamento . . . . . Monitorizao e gesto de sistemas mistos . . . . . . . . . . . . . Vantagens de um sistema integrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Instalao e manuteno de bombas e sistemas de bombeamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos para instalao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Localizao do equipamento de bombeamento . . . . . . . . . Necessidades de ventilao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Utilizao de reservatrios de membrana . . . . . . . . . . . . . . . Instalao de sistemas de bombeamento . . . . . . . . . . . . . . . Aspirao negativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aspirao de cisterna elevada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aspirao de uma rede sob presso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Manuteno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Manuteno aos equipamentos de bombeamento . . . . . . Manuteno aos sistemas de monitorizao e controlo . . . Sistemas de abastecimento pblico e predial no Porto . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de abastecimento pblico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos de dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ramais de ligao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos de instruo dos processos de projectos . . . . . . Entrada em servio dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de abastecimento predial de gua . . . . . . . . . . . . . Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Concepo dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classificao dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dimensionamento dos sistemas prediais . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas prediais de distribuio de gua fria . . . . . . . . . . . Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dimensionamento hidrulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reserva predial de gua para abastecimento domstico . . Instalaes elevatrias e sobrepressoras . . . . . . . . . . . . . . . . Dimensionamento dos reservatrios hidropneumticos . . Sistemas prediais de distribuio de gua quente . . . . . . . Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aparelhos produtores de gua quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . Necessidades de gua quente e escolha dos aparelhos de produo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de distribuio de gua quente com recirculao Traado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Isolamento das canalizaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Execuo das redes prediais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos acessrios da rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torneiras e fluxmetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117 119 119 119 119 119 120 120 120 120 121 121 122
9.7.3 9.8 9.8.1 9.8.2 9.8.3 9.9 10. 10.1 10.2 10.2.1 10.2.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.3.4 10.3.5 10.4 10.5 11. 11.1 11.2 11.2.1 11.2.2 11.3 11.3.1 11.3.2 11.4 11.4.1 11.4.2 11.4.3 11.4.4 11.4.5 11.4.6 11.5 11.5.1 11.5.2 11.5.3 11.6 11.7 12. 12.1 12.2 12.2.1 12.2.2 12.2.3 12.2.4 12.3 12.3.1 12.3.2 12.4
Contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verificao, desinfeco e funcionamento hidrulico . . . . Verificao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Desinfeco dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prova de funcionamento hidrulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de abastecimento pblico e predial em Lisboa . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Concepo global dos sistemas de distribuio em Lisboa . . Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caracterizao da rede de Lisboa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Concepo global dos sistemas prediais em Lisboa . . . . . . Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estrutura do Manual de Redes Prediais . . . . . . . . . . . . . . . . . Descrio dos captulos estruturantes do Manual . . . . . . . Outras publicaes complementares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resultados prticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Enquadramento legislativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de rega sob presso: eficincia, polivalncia e economia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classificao dos sistemas de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de rega por gravidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de rega sob presso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polivalncia dos sistemas de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . guas convencionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . guas no convencionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eficincia de rega e sua classificao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eficincia de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eficincia de distribuio; referncia ao coeficiente de uniformidade de distribuio de gua de christiansen . . Eficincia de aplicao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eficincia de armazenamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eficincia de uso de gua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eficincia total de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eficincia de rega e consumo de energia nos sistemas de rega sob presso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Valores mdios e tcnicas de maximizao da eficincia de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos e parmetros de rega a utilizar no clculo do consumo de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consumo anual de energia para instalaes de rega sob presso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Concluses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aplicao de sistemas de pressurizao em processos industriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Critrios de seleco de equipamento de processo . . . . . . Qualidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Segurana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sade ocupacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemplos de aplicao industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filtrao por Osmose Inversa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuitos trmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referncias bibliogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
149 150 150 150 151 152 153 157 157 157 157 163 163 164 164 175 175 176 177
125 127 127 127 127 127 128 128 128 129 129 129 130 131 135 135 135 135 136 136 136 137 137 137 137 138 141 141 141 141 141 143 145 145 145 145 146 147 147 147 148 148 148 148 148
179 183 183 183 184 186 186 187 193 193 193 193 194 194 194 194 194 195 196 197 198
201 205 205 205 205 205 206 206 206 207 211
10
1.1 Introduo
Does Technology drive History? Esta a pergunta formulada por Merrit Roe Smith num conjunto de trabalhos publicado, em 1994, pelo Massachussets Institut of Technology MIT, onde diversos autores debatem a dialctica entre o construtivismo e o determinismo tecnolgico. A tecnologia surge como resposta s necessidades do homem, ou ela que determina o sentido da sua evoluo? Poder-se- dizer que, os defensores de ambas as teses, todos tm razo. Por um lado, o homem desenvolve a tecnologia em busca de solues para melhorar o seu bem-estar, e, por outro, a prpria tecnologia gera, no homem, novas condies de vida e novos desenvolvimentos no pr-determinados. A indstria da gua, num conceito lato que possa abranger todas as formas desenvolvidas pelo homem, ao longo dos tempos, para captar, aduzir, tratar e distribuir este elemento bsico e indispensvel vida, constitui um laboratrio excelente para este debate, sobretudo se tivermos em ateno que o seu desenvolvimento sob a forma de utilizao de tcnicas mais complexas no pode ser desligado do fenmeno urbano. a complexificao das formas de agrupamento dos homens que gera a consequente complexificao das tcnicas empregues para a utilizao do elemento gua. Nesta indstria, cuja evoluo abordaremos, desde as origens at aos nossos dias, para o caso de Lisboa, convergem uma diversidade de factores, desde o conhecimento cientfico e tecnolgico, conhecimento no apenas relativo gua, s suas caractersticas e qualidade, geologia das suas origens, mas tambm aos materiais utilizados nas condutas, s possveis formas para a sua conduo, aos equipamentos concebidos para a sua elevao, para o seu armazenamento e para a sua distribuio, s tcnicas administrativas e financeiras que possibilitam o desenvolvimento desta actividade, e a outros diferentes ramos do conhecimento. A indstria da gua , pois, um campo de estudo pluridisciplinar, onde as diversas cincias tm lugar, incluindo as cincias sociais, dado que, sem a anlise do fenmeno poltico, sociolgico, ou, at mesmo, ideolgico, no possvel atingir uma compreenso global do seu desenvolvimento. Assim, procuraremos, neste captulo, abordar, ainda que de forma sucinta, o que foi o abastecimento de gua a Lisboa desde as suas origens nos abastecimentos locais, conduo da gua graviticamente at cidade, sem utilizao de meios mecnicos, utilizao de mquinas, primeiro a vapor e, mais tarde, elctricas, captao de guas em poos profundos, distantes da cidade, sua captao em rios e em barragens, agora com complexos sistemas de tratamento, aduo e distribuio, e com uma elevada produo susceptvel de proporcionar um abastecimento a um nmero cada vez maior de consumidores. este o caminho que iremos percorrer a seguir.
11
De facto, as diversas nascentes da zona oriental, designadas normalmente por guas orientais, em oposio s guas do futuro sistema das guas Livres, que sero designadas por guas altas, apresentam uma temperatura elevada, da ordem dos 22 a 24, muito superior temperatura das guas existentes nas nascentes do termo de Lisboa, quer nas nascentes de Monsanto, caso das guas dos basaltos, estas s mais tarde analisadas, porque distantes da cidade, ou das outras guas ento conhecidas e que cedo vieram a ser exploradas, como as que, mais a ocidente, apareciam no Arsenal da Marinha, ou que vieram a abastecer o chafariz do Rossio. Alm da sua temperatura elevada, pelas suas caractersticas fsico-qumicas eram estas guas reputadas como possuindo propriedades teraputicas para a cura de diversas doenas, estando, devido a tal facto, includas no Aquilgio Medicinal, obra da autoria de Francisco da Fonseca Henriques, publicada em 1726. O chafariz mais antigo da cidade, o Chafariz d'El-Rei, deve o seu nome s grandes obras que a se realizaram no reinado de D. Dinis, desconhecendo-se a data concreta da sua construo. Posteriormente outros foram edificados na mesma zona, como o Chafariz de Dentro, ou dos Cavalos, o Chafariz dos Paus, o Chafariz da Praia, o tanque das lavadeiras de Alfama ou a Bica do Sapato, esta j mais a leste do bairro. Tambm os estabelecimentos termais merecem referncia, como as Alcaarias do Duque, ou os banhos do Batista ou os da D. Clara.
A evidncia do aqueduto romano chega-nos no pelos seus vestgios materiais, - para alm do que resta da barragem, apenas se conhecem pequenos vestgios de aqueduto no stio do Almarjo, no concelho da Amadora - mas pelo testemunho que dele do vrios autores a partir do sculo XVI, como o humanista portugus Francisco de Olanda que, em 1572, vir a propor a sua reconstruo. Os Romanos, alis, eram um povo de avanada civilizao, com uma grande tradio de utilizao da gua. So bem conhecidas as suas termas, no apenas em Roma, mas tambm aqui em Lisboa e em muitas outras cidades do Imprio, e em Roma o abastecimento era feito por um conjunto de aquedutos ainda em funcionamento nos tempos modernos, e que proporcionariam uma capitao largamente superior a 500 litros/dia/habitante. Em Portugal h que referir, em particular, o aqueduto romano da gua da Prata, em vora, construdo por Quinto Sertrio em 75 a.C., e reedificado pelo rei D. Joo III em 1531, aqueduto cujo regimento servir de modelo para o que se vir a construir em Lisboa no sculo XVIII.
12
semelhana daquilo que se fazia um pouco por todo o lado onde a influncia dos Romanos se fizera sentir, tambm Francisco de Olanda, na sua obra Da fbrica que falece cidade de Lisboa, publicada em 1572 e dirigida ao rei D. Sebastio, prope a reconstruo da barragem romana de Olisipo e do seu aqueduto. Para custear a obra foi lanado mais tarde o real d'gua, imposto pago nos gneros de primeira necessidade, tendo o Senado de Lisboa arrecadado mais de seiscentos mil cruzados, suficientes para a concretizao do projecto, os quais, porm, vieram a ser gastos nas festas que a cidade organizou em honra do rei Filipe III de Espanha, que era Filipe II em Portugal, quando da sua entrada em Lisboa, no dia 29 de Junho de 1619. No entanto, a obra ia realizar-se, pois aps a estadia do rei na cidade, h muita correspondncia trocada entre Madrid e Lisboa, sinal de que havia uma inteno clara de se solucionar o problema da falta de gua. E tudo apontava para a reconstruo do aqueduto romano, j que Leonardo Torreano, arquitecto que acompanhou o rei e que com ele, no dia em que visitaram Sintra, examinou a barragem romana e as nascentes vizinhas, refere, entre os vrios caminhos possveis para a conduo da gua livre a Lisboa, que "el quarto y ultimo camino, s por el aqueducto antigo de los Romanos, el qual por ir mas alto dies palmos que el de la estrada puede dar Agoa a ambas partes de la Ciudad, a San Roche, y sobre la puerta de Santo Andres, como dio antigamente, pues abra quantidad bastante pera ella"1. O projecto acabou por no se concretizar devido restaurao da independncia de Portugal em 1640 e ao longo perodo de guerra com a Espanha, durante o qual no havia condies para se desviar recursos financeiros para uma obra desta envergadura.
de governao. A cidade ocidental, onde se situava o Pao da Ribeira, seria a cidade do poder, uma nova Roma cheia de palcios e monumentos, e a, na zona da actual Estrela, viria a ser construdo um novo palcio real e uma nova baslica patriarcal, projecto que D. Joo V encomenda ao arquitecto italiano Filipe Juvarra. Era o coroar de toda uma poltica de grandeza e proteco s artes, possibilitada pela afluncia do ouro do Brasil metrpole, e por todo um saber trazido de outros pases, sobretudo de Itlia, transmitido por um grande nmero de arquitectos que em Mafra desenvolveram as suas escolas. No entanto, esta cidade nova continuaria a depender da cidade antiga e dos seus chafarizes no que respeita ao abastecimento de gua, j que os mananciais disponveis eram os da zona oriental, j constatados como insuficientes para as necessidades. Assim, e por insistncia do Procurador da cidade ocidental, Cludio Gorgel do Amaral, o rei veio a publicar, em 12 de Maio de 1731, o Alvar onde mandava dar incio obra do aqueduto, dando assim prioridade obra pblica, em prejuzo do projecto do novo palcio real. Os incndios que a seguir ao Terramoto de 1755 destruram o Pao da Ribeira no nos permitem conhecer o projecto inicial, dirigido pelo arquitecto italiano Antnio Canevari. Contudo, das crticas que lhe so feitas pelo portugus Manuel da Maia numa srie de considerandos tcnicos dirigidos ao Rei, na esperana de vir a assumir a direco das obras, podemos concluir com bastante segurana que Canevari pretenderia conduzir as guas at Lisboa sob presso, em canalizaes fechadas, enterradas, em tudo semelhantes aos actuais sifes, na poca designados por "canos de repucho", aplicando o princpio dos vasos comunicantes. Manuel da Maia contrape que os canos de repucho no suportariam a presso da gua, rebentando e deixando a cidade sem gua, ficariam entupidos pelos sedimentos arrastados por esta, e acusa mesmo Canevari de no estar a medir correctamente os nivelamentos dos terrenos, ficando, por conseguinte, a obra mal feita. Manuel da Maia e Canevari divergiam tambm na forma de medio da produo das nascentes, encontrando o italiano valores inferiores aos do portugus. Face a todos estes ataques, Canevari regressa a Itlia e Manuel da Maia encarregado, em Agosto de 1732, de assumir a conduo dos trabalhos, numa direco conjunta com o arquitecto Silva Pais e o engenheiro Azevedo Fortes. Manuel da Maia abandona as vrias frentes de trabalho abertas por Canevari, e que denotavam a conscincia clara da necessidade de aproveitar a gua de diversas nascentes, e muda-se para uma outra nascente, a da gua Livre, que era mesmo a mais abundante. Havia que chegar rapidamente com gua a Lisboa, posteriormente os caudais do Aqueduto seriam aumentados com a gua de outras nascentes.
13
sozinho na direco face partida para o Brasil de Silva Pais, e frequente ausncia de Azevedo Fortes, engenheiro-mor do reino. Por outro havia divergncias de opinies acerca do local para a travessia do Vale de Alcntara. Manuel da Maia, certamente, construiria um aqueduto menos monumental, atravessando o vale numa zona menos profunda, provavelmente por Palhav, para atingir S. Pedro de Alcntara, s portas do Bairro Alto, onde entretanto haviam comeado as obras para a construo do reservatrio de chegada das guas. Em cena estava um outro arquitecto, Custdio Vieira, que j vinha acompanhando os trabalhos desde o incio, pois participara em reunies e medies diversas, e que tinha uma soluo diferente, a construo de uma srie monumental de arcos a atravessar o vale na sua parte mais profunda. Era um projecto mais arrojado, mais ao gosto do rei, e que apontava para uma zona mais alta, para onde a cidade estava a crescer.
Fig. 3 - Me d'gua Velha - Nascente da gua Livre. Local onde Manuel da Maia iniciou os seus trabalhos.
Muito embora Manuel da Maia conhecesse o princpio dos vasos comunicantes, vai construir um aqueduto atravs do qual a gua vai chegar a Lisboa apenas movida pela gravidade, deslizando em caleiras de pedra abertas. Maia opta pela construo de duas caleiras, separadas por um passeio central, pois que, para uma boa manuteno do Aqueduto, tornar-se-ia necessrio limpar frequentemente as caleiras, e assim, com duas, a conduo da gua no seria interrompida.
Relativamente aos materiais a utilizar nas canalizaes, rejeita o chumbo, que dava ms caractersticas gua, tal como rejeita o ferro, que, na poca, ainda no apresentava uma qualidade suficiente para esta finalidade, e todos os outros materiais excepo da pedra calcria, abundante em toda a regio onde se vai desenvolver a construo do Aqueduto. Em 1736 j se trabalhava no Aqueduto em Monsanto, no stio das Trs Cruzes, caindo ento a obra num impasse. Por um lado, Manuel da Maia encontrava-se praticamente
A transferncia da direco das obras para este novo arquitecto determinante para a evoluo da cidade. Abandona-se a obra de S. Pedro de Alcntara e escolhe-se a confluncia do Rato, prximo da qual novos plos urbanos se vinham desenvolvendo junto aos conventos, para a nova localizao do reservatrio. Alis, podemos constatar hoje, pelos desenvolvimentos ulteriores do sistema, das vantagens desta nova localizao do reservatrio e desta nova inflexo do Aqueduto, que possibilitou a extenso dos seus ramais de distribuio para a Boa Morte, em Alcntara, zona prxima da qual surgir o palcio das Necessidades, e para o Campo de Santana e Intendente, quase a tocar a colina do Castelo, onde outrora o aqueduto romano ter chegado. Vieira no chega a ver a gua entrar em Lisboa, ela s chegar em 3 de Outubro de 1744, j aps a sua morte, estando a obra a ser dirigida interinamente pelo capito Rodrigues Franco. A entrada de Carlos Mardel na direco das obras do Aqueduto ter lugar logo de seguida, devendo-se a este
14
arquitecto, de origem hngara, o desenvolvimento da distribuio da gua na cidade, a partir do reservatrio da Me d'gua das Amoreiras, cujo projecto se lhe deve, bem como o de diversos chafarizes e dos arcos monumentais da Rua das Amoreiras, que celebra a obra, e da Rua de S. Bento, este desmontado para alargamento da entrada na praa fronteira ao palcio, e mais tarde reconstrudo na Praa de Espanha.
faziam a manuteno do sistema e geriam os caudais do Aqueduto, e um exrcito de cerca de 3000 aguadeiros que, organizados em companhias, vendiam gua ao domiclio e igualmente combatiam os incndios que devastavam a cidade. A gesto dos caudais no Aqueduto apresenta alguns aspectos que devem aqui merecer a nossa ateno, e luz dos quais tambm temos que fazer uma leitura das solues tcnicas e arquitectnicas adoptadas para o efeito. J foi atrs referida a diversidade das guas no que respeita s suas caractersticas fsico-qumicas. Umas, fortemente calcrias, como as da nascente da gua Livre, na Me d'gua Velha, provocavam, pela precipitao do calcrio, incrustaes que era necessrio remover periodicamente, raspando as caleiras. De outras nascentes, situadas em camadas de grs e arenitos, a gua arrastava sedimentos que a turvavam. Aqui era necessrio proceder sua decantao, pelo que, em diversas clarabias, encontramos bacias redondas onde a gua perde velocidade, depositando-se os sedimentos no fundo. Tambm junto de cada janela, agora mais rasgadas face a uma maior necessidade de laborao, bacias rectangulares desempenhavam idnticas funes, bem como as de quebrar a velocidade da gua.
O sistema do Aqueduto das guas Livres, onde, num aqueduto com cerca de 14 quilmetros de extenso, entroncam aquedutos que renem guas de sessenta nascentes, num total de aproximadamente 58 quilmetros de aquedutos, incluindo os de distribuio na cidade, foi dado por concludo em 1799, quando foi dissolvida a ltima sociedade de mestres pedreiros, empreiteiros da obra. Dada a tecnologia utilizada de conduo da gua em caleira aberta, o Aqueduto condicionou a forma de abastecimento a uma rede de chafarizes que se foram construindo at quase meados do sculo XIX, rede esta que, por sua vez, condiciona o prprio crescimento da cidade. Lisboa estende-se ento, dos Barbadinhos, onde na zona ribeirinha corriam as guas orientais, at Alcntara, onde vemos o chafariz da Praa da Armada, e, para norte, seguindo as encostas do Vale de Alcntara, os chafarizes das Necessidades e do Arco do Carvalho, este j a chegar ao alto de Campolide, lhe delimitavam o permetro. Ainda nos limites norte da cidade, mais para leste, encontramos os chafarizes de S. Sebastio da Pedreira, Cruz do Tabuado, Campo de Santana e Intendente. Dentro deste permetro, os chafarizes que se construram (Rato, Carmo, Loreto e outros) eram, alm de fontes de abastecimento, elementos de ordenamento urbano que tornavam as praas onde eram colocados em pontos de encontro, locais de convvio. Em pleno sculo XIX, a "indstria da gua", aplicando aqui, num perodo de proto-industrializao, um conceito contemporneo, empregava uma equipa de 60 homens que
Normalmente, nos vrtices, as bacias apresentam dimenses superiores, o que permite evitar que a gua transborde. Regra geral, no Aqueduto no h galerias em curva, antes uma sucesso de segmentos de recta. Nos poucos locais onde a soluo adoptada pelo arquitecto foi a de construir aqueduto em curva, a o passeio central sobe, afundando, consequentemente, as caleiras. Na cidade iam-se generalizando os abastecimentos privados. De um lado, os proprietrios de guas nas zonas atravessadas pelo Aqueduto que, para receberem gua no seu palcio ou convento, em Lisboa, construam, sua custa,
15
aquedutos ligando as suas nascentes a um dos aquedutos do sistema. Depois, em Lisboa, de um aqueduto de distribuio, partia uma canalizao, agora fechada, aferida para trs quartos de um dbito dirio calculado como sendo a sua produo, valor obtido a partir da medio da produo das suas nascentes ao longo de vrios meses do ano. De outro lado havia os estabelecimentos pblicos que passaram a receber directamente gua do Aqueduto, bem como outros particulares ou ordens religiosas, beneficirios de concesses de gua, quer traduzidas em caudais determinados, quer em sobejos dos chafarizes. Entre estas entidades, so de notar as indstrias que despontavam, como o caso da Real Fbrica das Sedas, cuja localizao prxima do Aqueduto determinante para o desenvolvimento do bairro das Amoreiras. Havia ainda os jardins pblicos, agora tornados possveis, que recebiam gua directamente do Aqueduto, como o Passeio Pblico e o Passeio da Estrela, este com um aqueduto que, sado do Aqueduto das Janelas Verdes, a conduzia a gua, o outro recebendo-a a partir da mesma galeria que abastecia o chafariz da Cotovia. Para a gesto de todo este sistema vemos, nos aquedutos de distribuio, no apenas caleiras abertas, mas tambm canalizaes fechadas, com algumas pedras amovveis para se poder limpar o seu interior, colocadas frequentemente em paralelo com as caleiras abertas, a fim de, a partir de bacias intermdias, como a pia do Penalva, no cruzamento da Rua Formosa (hoje Rua do Sculo), ou a pia do Teotnio, prximo do Arco das Amoreiras, a gua ser conduzida com presso, aplicando-se o princpio dos vasos comunicantes, por forma a possibilitar a sua chegada a pontos mais elevados. Exemplos disso so as colunas ascensionais que permitiam a subida da gua s bicas dos chafarizes.
Fig. 9 - Chafariz do Carmo
Do grande reservatrio da Me d'gua das Amoreiras apenas saa gua para os chafarizes abastecidos pelo Aqueduto da Esperana e para o chafariz do Rato. Para os chafarizes da linha do Loreto a gua descia mais atrs, por um pilar de um dos ltimos arcos, seguindo em canalizao fechada, sob presso. Se assim no fosse, e de acordo com Veloso de Andrade, "se deste Depsito corresse para os dez Chafarizes acima mencionados, s a gua que ele contm, ficaria despejado em seis dias"2. Para controlar todo este sistema havia que possuir um exacto conhecimento das dotaes atribudas aos diversos consumidores privilegiados, proprietrios de gua ou no, da gua que corria para os chafarizes e da que era produzida pelas nascentes. Em mdia chegavam a Lisboa 3500 m de gua por dia, baixando os caudais a cerca de metade desse valor durante a estiagem. Porm, nos meses de abundncia, a produo das nascentes era largamente superior capacidade de vazo do Aqueduto. Assim, tornava-se necessrio regular os caudais, devolvendo a gua s ribeiras em desaguadouros estrategicamente colocados ao longo dos diversos aquedutos, diminuindo ou eliminando o caudal das caleiras, para que a gua de outra nascente pudesse entrar no circuito num entroncamento situado a jusante. Havia tambm que eliminar, atravs destes desaguadouros, guas turvas a seguir a fortes chuvadas, ou que se soubesse ou houvesse suspeitas de estarem contaminadas. Daqui resultava a manuteno equilibrada dos cursos de gua naturais, naquilo a que hoje se aplica a designao de desenvolvimento sustentvel.
16
Fig. 10 - Projecto de Pezerat para as reservas de guas nos vales da Quint e Carenque
Os projectos de Pezerat acabaram por no ser concretizados dados os perigos que as reservas projectadas, a cu aberto, poderiam representar para a sade pblica. Por outro lado, em breve outras solues iriam aparecer, com a constituio da 1. Companhia das guas de Lisboa.
17
O Governo, porm, no reconheceu s guas do Tejo qualidade suficiente para serem introduzidas no abastecimento, j que o contrato estipulava que todas as novas guas a serem aproveitadas no deveriam ser de qualidade inferior s do Aqueduto das guas Livres. Tal opinio veio a acelerar a resciso unilateral do contrato por parte do Governo, que, por Decreto de 23 de Junho de 1864, ps fim Companhia. Toda a aco da Companhia insere-se no mesmo paradigma anterior, no se tendo, apesar da adopo do princpio dos vasos comunicantes e do incio do abastecimento domicilirio, dado o "salto epistemolgico" para um novo paradigma tecnolgico. O momentum tecnolgico, utilizando aqui o conceito desenvolvido por Thommas Hugges e que consiste na definio de cada tempo e cada sistema tecnolgico como uma matriz cujos elementos componentes so o conhecimento cientfico e as tcnicas, mas tambm os aspectos sociais, polticos, econmicos, procedimentos administrativos, etc., matriz essa que tem razes no momentum precedente, mas que prolonga os seus efeito em momenta subsequentes, continua a ser o do Aqueduto. O desenvolvimento cientfico e tecnolgico no havia ainda atingido um estdio que permitisse fundamentar e levar prtica as opinies de Carlos Ribeiro, e dar suporte derradeira alternativa que a Companhia afinal possua. Um sculo mais tarde, num outro estdio de desenvolvimento cientfico e tecnolgico, o Tejo vir a ser a grande soluo para o problema da falta de gua em Lisboa.
Fig. 11 - Interior do reservatrio da Patriarcal, vendo-se ao fundo a galeria que o liga ao Aqueduto do Loreto
Estes reservatrios recebiam gua do Aqueduto, estando todo o sistema interligado por meio de sifes, colocados, sempre que possvel, dentro das galerias dos aquedutos do sistema das guas Livres. Na zona mdia, o reservatrio do Arco recebia directamente a gua do Aqueduto, que o delimita a sul, atravs de uma galeria. O reservatrio da Patriarcal era alimentado por um sifo colocado no Aqueduto do Loreto. Para abastecimento da zona alta, e estando esta acima da entrada das guas do Aqueduto, Mary projectou um sifo instalado dentro do Aqueduto das guas Livres que, de cota suficientemente elevada na Porcalhota, conseguia trazer gua sob presso ao reservatrio do Pombal. Do Pombal saa gua para a cisterna da Penha de Frana atravs de um sifo colocado no Aqueduto do Campo de Santana, e da Penha de Frana descia Graa. Uma das propostas da Companhia includas no seu contrato era a da dupla canalizao. semelhana do que se praticava em Paris, a Companhia pensava estabelecer uma rede de distribuio de gua de qualidade superior para consumo humano, e outra de qualidade inferior para regas e lavagens. Tal, porm, nunca entre ns veio a ser posto em prtica. A 1. Companhia no conseguiu vencer as dificuldades que se lhe depararam, esgotou o seu capital nas obras, e no conseguiu fornecer cidade, nos prazos estipulados, a quantidade de gua a que se obrigara pelo contrato. J no final da sua curta existncia, e solicitando novo prorrogamento de prazo ao Governo, a Companhia avanava com a hiptese de captar gua no Tejo, hiptese que, alis, era proposta pelo General Carlos Ribeiro e que a Companhia rejeitara. Para Carlos Ribeiro, que no chega a estudar exaustivamente a questo mas que entende que a gua, captada acima de Santarm, poderia ser filtrada pelas camadas naturais do leito do rio e poderia, portanto, resolver por largos anos o problema da sua falta na cidade, a soluo a adoptar seria semelhante quela que outras grandes cidades haviam adoptado, de recorrer aos rios que as banhavam, introduzindo processos de depurao das guas que a tecnologia j possibilitava.
18
celebrado em 27 de Abril de 1867, vindo a Companhia a ser declarada oficialmente constituda por Decreto de 2 de Abril de 1868. De imediato os engenheiros Aguiar e Sousa Gomes ingressaram nos quadros da Companhia, trazendo consigo os projectos j iniciados. O objectivo principal da constituio da Companhia, denominada CAL - Companhia das guas de Lisboa, era a concretizao do projecto do Alviela, fornecendo cidade um volume de gua correspondente a uma capitao de 100 litros/dia/habitante, computando-se, no incio da explorao, a populao a abastecer em cerca de 200.000 habitantes. A primeira iniciativa da Companhia, logo em 1868, foi a da construo de um reservatrio e de uma estao elevatria no stio do antigo chafariz da Praia, para elevar para a Vernica, na Graa, as guas orientais que se perdiam para o Tejo, ideia j anteriormente defendida por Pezerat.
Porm, essa expanso ser inferior ao pretendido enquanto a Companhia no dispuser de um instrumento importante, contemplado no contrato, que leve os particulares a contratar o fornecimento de gua - o regulamento dos encanamentos particulares - obrigando os proprietrios dos prdios acima de um determinado nvel de rendimento, a construir, sua custa, as canalizaes nas habitaes. Na anlise desta fase de industrializao do abastecimento de gua, no podemos deixar de ter em considerao o facto de, agora, haver j um comrcio internacional de produtos industriais desenvolvido, e havermos entrado no caminho da normalizao das peas e acessrios utilizados no abastecimento. Alis, s em 1852 havia sido posto em vigor, em Portugal, o sistema decimal para as medidas lineares, arrastando-se, por alguns anos, a sua extenso s outras medidas. O rigor e a universalidade necessrios industrializao demoraram bastante tempo a alcanar. Quanto ao Alviela, a Companhia alterou o projecto inicial. Havia que construir uma estao elevatria a cerca de 100 km de Lisboa, j que era necessrio dar uma elevao de 54 m acima das nascentes para que a gua conseguisse atingir a cidade no ponto pretendido, o que era algo de bastante complicado para a poca, no s no que se referia deslocao das peas das mquinas, mas sobretudo face s eventuais avarias e consequentes necessidades de reparao das mesmas. Assim, a Companhia decidiu trazer as guas livremente, pela gravidade, num aqueduto at Lisboa, e aqui construir a estao que as elevava para as diferentes zonas a abastecer.
Para esta estao a Companhia ir adquirir casa Windsor & Fils, engenheiros mecnicos estabelecidos em Ruo, na Normandia, duas mquinas verticais de efeito duplo com dois cilindros, de expanso varivel e de condensao, ditas do sistema Woolf. Cada uma destas mquinas tinha uma capacidade de elevao de 1.900 m dirios de gua a uma altitude de 73 m acima do nvel do poo de alimentao das bombas, incluindo a perda de carga. Cada mquina podia produzir uma fora de cerca de 23 cavalos-vapor de gua elevada, ou seja 30 cavalos-vapor sobre a rvore do volante. As mquinas eram alimentadas por trs caldeiras de sistema vulgar, correspondendo cada uma a uma superfcie de aquecimento de 60 m, e consumiam, no mximo, 1,9 kg de carvo por hora e por fora de cavalo-vapor, de 75 quilogrmetros. A introduo da mquina a vapor no abastecimento de gua em Lisboa representava um passo importante na evoluo desta indstria, e vai possibilitar, de imediato, uma expanso significativa do abastecimento domicilirio.
Fig. 13 - Entrada das guas no canal Alviela no recinto dos Olhos d'gua
Embora o canal fosse mais extenso, as vantagens deste novo projecto eram evidentes, havendo, inclusive, menor necessidade de construo de obras de arte, o que diminua os custos do projecto. O local escolhido para o reservatrio de chegada e para a estao elevatria foi a cerca do convento dos Barbadinhos italianos, na periferia da cidade, na zona ribeirinha oriental. A construo do sistema no se deu sem sobressaltos, questes de natureza poltica que dificilmente foram ultrapassadas, mas em que Companhia, no fim, acabou por
19
ser dada plena razo. Tratava-se da aprovao do regulamento das canalizaes particulares, instrumento previsto no contrato, e sem o qual a Companhia no conseguiria garantir a sua sobrevivncia econmica. A oposio da sociedade fez-se sentir contra um regulamento deste tipo, semelhana do que iria acontecer, por exemplo, no Porto alguns anos mais tarde, em contexto semelhante, pois tal imposio representava um atentado contra as liberdades constitucionais. Aqui, em Lisboa, a Companhia, para conseguir a aprovao do regulamento, acabou por parar as obras do Alviela em 1873, tendo que enfrentar processos em tribunal. Ao fim de dois anos de batalhas judiciais, quando veio a ter garantias de publicao do regulamento, retomou as obras, vindo o sistema do Alviela a ser inaugurado em 3 de Outubro de 1880, acabando por ficarem sem efeito as sanes aplicadas Companhia, e vindo, mais tarde, a ser prorrogado o prazo de concesso pelo tempo de paragem das obras, passando a data do fim da concesso para 30 de Outubro de 1974. Lisboa dispunha agora, para alm das guas altas e das guas orientais, de um volume de 30.000 m dirios de gua. A estao elevatria foi inaugurada com trs mquinas apenas, ficando o espao para uma quarta mquina, que viria ser colocada em 1889.
Cada mquina accionava, directamente atravs do balanceiro, duas bombas verticais, colocadas simetricamente em relao ao eixo do balanceiro. Para a alimentao das mquinas foram adquiridas cinco caldeiras a vapor, com geradores de vapor cilndricos, correspondendo, cada um, a uma superfcie de aquecimento de 90 m. Os construtores garantiam que o consumo de combustvel no ultrapassaria 1,200 kg de carvo por hora e por cavalo-vapor de 75 quilogrmetros. O carvo a utilizar deveria ser carvo ingls, de boa qualidade, com, pelo menos, 45% de carvo grado3. A quarta mquina veio a ser colocada na sequncia de um novo contrato celebrado em 29 de Outubro de 1888, dado que a Companhia havia j procedido s obras estipuladas no contrato de 1868, e havia que dispor de um instrumento legal que permitisse dar expanso ao desenvolvimento das infra-estruturas do abastecimento.
As mquinas, semelhana do que acontecera na estao da Praia, foram adquiridas casa Windsor & Fils, de Ruo. Tratavam-se de mquinas verticais, de balanceiro, de efeito duplo, com dois cilindros, e de expanso varivel, do sistema Woolf. A primeira mquina destinava-se a elevar um volume de gua de 10.000 m em 24h a uma altura de 47 m, incluindo a perda de carga, para o reservatrio da Vernica, na Graa, que abastecia a zona baixa, ou seja, aproximadamente 139 litros de gua por segundo. A segunda e terceira mquinas deveriam elevar em conjunto um volume de 12.000 m em 24 h, a uma altura de 77 m, incluindo a perda de carga, para a cisterna do Monte, de onde a gua ia por sifo ao reservatrio do Arco, na zona mdia, ou seja, aproximadamente 83 litros de gua por segundo cada mquina. Cada uma das trs mquinas deveria corresponder a uma fora efectiva sobre a rvore do volante de 120 cavalos-vapor de 75 quilogrmetros.
No que se refere elevao da gua, para que ela chegasse zona alta tornou-se necessrio construir uma estao elevatria junto do reservatrio do Arco, com dois grupos elevatrios, sistema Worthington, um de trplice expanso, elevando 10.350 m por dia a 26 m de altura, e o outro de simples expanso, elevando 5.000 m. Estas mquinas eram alimentadas com o vapor produzido por duas caldeiras aqui-tubulares do tipo De Nayer. Dado que a gua do Alviela agora chegava ao Arco e ao Pombal, misturando-se com as guas altas do Aqueduto das guas Livres, tambm do Pombal atingia a Penha de Frana, atravs do sifo construdo pela 1. Companhia.
3
No comrcio, havia diversos tipos de carvo de acordo com o tamanho. Um carvo mais mido teria, certamente uma combusto mais rpida, e uma menor superfcie de aquecimento.
20
A expanso do abastecimento domicilirio tornou-se uma realidade. Se antes de 1868 apenas 143 consumidores tinham gua canalizada, no final desse ano o seu nmero passara a 260, em 1870 a 4.009, em 1875 a 11.032, em 1880 a 16.540, e em 1883, trs anos aps a inaugurao do Alviela, j tnhamos 27.167 consumidores. Com o excesso de gua que tinha, a Companhia decidiu proceder montagem de uma moderna lavandaria industrial, no Regueiro dos Anjos, iniciativa que, no entanto, no correspondeu s expectativas, dando elevados prejuzos. Em 1885, com a anexao a Lisboa dos concelhos dos Olivais e de Belm, a cidade ficou com uma populao de 311.471 habitantes, estando a Companhia obrigada, pelo contrato, a abastecer toda a cidade agora aumentada. Era necessrio, portanto, um conjunto de obras que permitissem expandir o abastecimento, e da negociao do novo contrato de 1888 constaram a construo do reservatrio de Campo de Ourique, com capacidade de 120.000 m, a construo de mais um compartimento no do Pombal, duplicando a sua capacidade para 12.000 m, construo de um novo reservatrio na Ajuda, com capacidade de 1.000 m, ligao dos reservatrios da Vernica e da Patriarcal por um sifo, colocao da quarta mquina nos Barbadinhos, ampliao da capacidade de elevao da estao do Arco para 7.000 m dirios, assentamento das canalizaes necessrias para ligar os novos reservatrios. A expanso da cidade no apenas pela anexao dos antigos concelhos, mas tambm pelo seu crescimento para norte, com a construo da Avenida da Liberdade e das Avenidas Novas, do projecto de Ressano Garcia, trouxe novamente situaes de carncia. Num novo contrato celebrado em 18 de Julho de 1898, a Companhia obrigava-se a construir um reservatrio em Santo Amaro. Neste contrato, o Governo, que dava Companhia a exclusividade do abastecimento de gua, reservava para si o direito de elevar gua no Tejo, junto a Lisboa, para lavagens e para os esgotos da cidade, ideia que era defendida, alis, pelo General Augusto Pinto de Miranda Montenegro, fiscal do Governo junto da Companhia. O reservatrio de Campo de Ourique veio a ficar concludo em 1900, vindo o da Ajuda a ser construdo em S. Jernimo, com a capacidade prevista para o de Santo Amaro, de 4,500 m, no se tendo vindo a construir este ltimo.
O Pas atravessava um perodo de grande instabilidade poltica e econmica, com sucessivas quedas do Governo, e, mesmo aps a implantao da Repblica, a instabilidade continuou a fazer-se sentir, e, com a 1. Guerra Mundial de 1914-18 e a consequente subida dos preos, no havia condies para a Companhia avanar com este projecto. Para alm disso, levantavam-se objeces tcnicas ao projecto, pois o caudal do Rio Tejo, no Vero, baixava para nveis que punham em risco o abastecimento, e, por outro lado, a gua era fortemente mineralizada. A falta de gua era uma realidade que se agravava de ano para ano, sem que houvesse lugar para a concretizao efectiva de uma obra de grande envergadura que resolvesse definitivamente o problema. Em 1915 foi encomendado ao Professor Choffat um estudo no sentido de se alterar o regime do Alviela nas nascentes, estudo este que veio a ser realizado pelo Professor Ernest Fleury, que vivamente desaconselhou tal hiptese. Por essa mesma altura, o Engenheiro Jesus Palcio Ramillo apresentou Companhia uma proposta que consistia na construo de uma albufeira no Rio Tranco, na zona de Bucelas, para abastecimento de gua, proposta que foi rejeitada por carncia de viabilidade tcnica e econmica.
A nvel nacional, e no Ministrio das Obras Pblicas, fora criado, em 1900, o Conselho dos Melhoramentos Sanitrios. Este Conselho, que durou at 1921, foi sempre, apenas um rgo consultivo, sem poderes efectivos de regulao do sector.
21
Entretanto, e para obviar s carncias que se faziam sentir, a Companhia lanou mo de novos recursos, as nascentes das margens da ribeira da Ota, que lhe permitiam aumentar o caudal do Alviela em 8.000 m dirios, valor mdio, j que a produo das nascentes, na estiagem, baixava a nveis bastante reduzidos. Estes trabalhos realizaram-se no decorrer do ano de 1925, bem como a construo de uma estao elevatria equipada com dois grupos, com a capacidade elevatria unitria de 15.000 m dirios, de bombas centrfugas e unicelulares, movidas por motores Diesel pesados, com uma potncia efectiva de 90 CV cada. Nesta poca j as mquinas elctricas haviam dado entrada na distribuio, pois na estao do Arco, em 1917, duas mquinas da fbrica sua Sulzer, movidas por motores da tambm sua fbrica Oerlikon, com a potncia efectiva de 90 CV cada, podendo elevar um volume de 11.900 m dirios cada uma, tinham sido colocadas em substituio das anteriores. Em 1928 ter lugar a desactivao da estao elevatria a vapor dos Barbadinhos, e a sua substituio por uma estao elctrica. Para a estao a vapor elaboraram-se mais tarde projectos para a sua adaptao a um conjunto de grupos elevatrios movidos por motores Diesel, que no vieram a ser concretizados. A nova estao albergava seis grupos elevatrios com bombas da fbrica francesa Rateau accionadas por motores suos Brown Boveri. Um grupo com a capacidade de 12.000 m dirios e outro de 9.600 m, elevavam para a zona alta, para o Pombal, tendo uma potncia de, respectivamente, 260 e 215 CV. A altura da elevao era de 98 m. Outros dois grupos, com a capacidade de elevao de 12.000 m cada, a 82 m, e cujos motores possuam uma potncia de 215 CV cada, elevavam a gua para os reservatrios da zona mdia, o do Arco e o de Campo de Ourique. Finalmente, os dois ltimos grupos, com uma capacidade elevatria de 15.000 m cada, a 49 m de altura, possuam uma potncia unitria efectiva de 160 CV, elevando para a zona baixa, para a Vernica.
Em 1931 foi a vez da substituio das mquinas a vapor da estao elevatria da Praia por uma bomba horizontal GANZ, com uma capacidade de elevao de 4.320 m dirios a 73 m de altura, movida por um motor de 95 CV de potncia efectiva. A produo da estao, contudo, no excedia os 2.500 m dirios, variando com o movimento das mars, deixando de ser aproveitada a partir de Julho de 1938 por impotabilidade da gua. Em 1932 tem lugar a construo do reservatrio elevado da Penha de Frana, com 600 m de capacidade, para abastecimento da zona alta oriental. Dada a sua cota de soleira ser mais elevada que o reservatrio do Pombal, pensava a Companhia, atravs da Penha de Frana regularizar tambm a zona alta ocidental, o que, na realidade, no veio a acontecer. Para este novo reservatrio a gua era elevada a partir dos Barbadinhos, por um dos grupos da zona alta.
22
para a liquidao das dvidas desta pelo excesso de consumo, afastando de vez o fantasma da municipalizao. Para alm disso vai dar condies Companhia para construir um novo grande sistema tecnolgico, o do Canal Tejo. O programa de obras constantes do contrato estava dividido em quatro fases, correspondentes a quatro momentos de ampliao do abastecimento, agora no s de Lisboa, mas tambm das zonas atravessadas pelos canais e das zonas suburbanas. Na 1. fase, seriam feitas as obras necessrias para a elevao das guas do Tejo na Boa Vista e a sua introduo, aps depurao mecnica, no Alviela, prximo de Alcanhes, utilizando-se toda a capacidade de vazo do canal. Estas obras deveriam estar concludas em Junho de 1933. A 2. fase compreendia as obras necessrias para aumentar a produo em mais 80.000 m de gua dirios. As guas do Tejo seriam beneficiadas com as guas do Zzere, armazenadas acima da confluncia do Nabo, e, para o efeito, seria construdo um dique, com uma albufeira com a capacidade de 30 milhes de m, que poderia ser tambm utilizado para a produo de energia elctrica. Esta fase deveria ficar concluda at ao fim de 1936. Na 3. fase, a executar quando o consumo particular atingisse 16 milhes de m, seriam trazidos do Zzere, em canal prprio, e introduzidos no Canal Tejo, mais 55.000 m, dirios. A 4. e ltima fase consistia na ampliao da capacidade de produo em mais 50.000 m dirios de gua captada no Zzere e introduzida no Canal Tejo, a executar quando o consumo particular atingisse 24 milhes de m. Uma questo que houve que resolver de imediato foi a do aumento da capacidade de vazo do Canal Alviela. Embora na parte livre o canal tivesse uma capacidade de vazo da ordem dos 70.000 m dirios, o facto de, nas passagens dos vales, possuir uma nica linha de sifes, a capacidade efectiva de transporte era da ordem dos 30.000 m. Havia, portanto, que construir uma segunda linha de sifes, obra que foi executada logo em 1933. Por essa altura j o velho sifo de ferro sobre o Rio Tranco, em Sacavm, havia sido substitudo por um sifo passando por debaixo do leito do rio.
Em 1933 o caudal do Canal Alviela foi reforado com as guas de Alenquer, construindo-se, para o efeito, uma estao elevatria que veio a ser equipada com dois grupos electro-bombas com a capacidade de elevao de 11.230 m cada, a uma altura de 28 m, e uma potncia de 70 CV. A captao das guas de Alenquer provocou o abaixamento do nvel das guas nos poos, tendo dado lugar a um grande nmero de reclamaes dos proprietrios locais, havendo que criar formas de indemnizao pelos prejuzos causados. A captao de Alenquer veio mais tarde a ser ampliada, com a abertura de mais trs poos em 1949 embora apenas dois em regime normal de explorao, e com uma nova estao elevatria, em funcionamento a partir de 1960. Ainda em 1933 surgiu uma proposta da International Water Company para a captao de 20 a 25.000 m nas camadas do Belaziano, em Lisboa, por meio de cinco furos de 350 m de profundidade. A mesma companhia propunha-se igualmente captar gua nos vales de Belas e Queluz, contudo as suas propostas, alm de onerosas, no ofereciam garantias efectivas quanto aos caudais indicados. A construo do Canal Tejo comeou por um primeiro troo entre Sacavm e o Carregado. Em Sacavm, alis, j no projecto de 1908 estava prevista a filtragem das guas, no stio da Nora Alta. A obra foi entregue ao empreiteiro Waldemar Jara d'Orey, devendo-se os projectos aos Engenheiros Joo Severo da Cunha, autor do projecto de 1908, e Lus Veiga da Cunha.
A ideia inicial de captar gua na Boa Vista acabou por ser adiada, pois a firma Layne & Co. apresentou uma proposta interessante ao Governo, que vai ser recebida com entusiasmo pelo Engenheiro Duarte Pacheco. Era possvel captar apreciveis caudais de gua nas aluvies do Tejo, na regio do Carregado, Espadanal, Quinta do Campo e na Lezria. Depois de uma misso tcnica dos engenheiros da Companhia a vrios pases estrangeiros, a opo pela captao em poos de grandes profundidades torna-se uma realidade.
23
A adjudicao da construo dos poos acabou por ser feita firma alem Johann Keller, que apresentava condies mais vantajosas. Alm desta firma, temos a adjudicao firma americana R. W. Herbard da construo experimental de um poo na Quinta do Campo, prximo de Vila Nova da Rainha. Os equipamentos das diversas estaes elevatrias dos poos apresentam caractersticas diferentes dos das outras estaes, sendo os grupos elevatrios de eixo vertical, ligados aos tubos de aspirao das guas, tubos estes com dispositivos de filtragem nas suas paredes internas.
Um estudo de 1939 havia determinado j a capacidade elevatria exigida estao, da ordem dos 250.000 m dirios. Iniciando-se em barraces provisrios, a inaugurao das suas instalaes definitivas veio a ter lugar em 31 de Maio de 1948, e, dadas as suas dimenses, a prpria colocao dos grupos elevatrios, em nmero de doze, foi objecto de um processo contnuo, com sucessivas actualizaes, que continua ainda no presente.
Fig. 22 - Quadro elctrico de comando e controlo da Estao Elevatria dos Olivais Fig. 20 - Captao de gua - Grupo moto-bomba dum poo
Entretanto em Lisboa, na Quinta da Ch, Olivais, havia sido construda a estao elevatria, junto ao reservatrio de chegada das guas do Canal Tejo. Projecto do Arquitecto Carlos Rebelo de Andrade, nela vemos a interveno de Jorge Barradas, escultor que tambm, como Rebelo de Andrade, tem o seu nome ligado Fonte Monumental, da Alameda de D. Afonso Henriques, monumento que, iniciativa da Comisso de Fiscalizao das guas de Lisboa, celebra a chegada das guas do Tejo cidade.
24
Na dcada de 40 tornou-se necessrio projectar duas estaes de tratamento para as guas do Aqueduto das guas Livres, uma na Amadora e outra na Buraca, pois este continuava a ser parte dos sistemas de abastecimento de Lisboa, muito embora tivesse uma produo reduzida. Algumas das suas nascentes j estavam inquinadas no sculo XIX, como constatam o qumico Hugo Mastbaum e o gelogo Paul Choffat. Com o tratamento, a gua das nascentes j no precisava de ser deitada fora atravs dos descarregadores, e, em perodos de carncia, o passeio central do Aqueduto chegou a ser utilizado tambm como caleira.
A captao de gua no Tejo, no dique de Valada, onde as guas do mar j no fazem sentir os seus efeitos, comeou por meio de uma estao piloto, construda em 1958, e que funcionou durante um ano. Em 1959 arrancou o projecto para a estao definitiva, que veio a ser inaugurada em 8 de Junho de 1965 com trs grupos elevatrios, com uma capacidade diria de 100.000 m. A gua elevada para uma estao de tratamento, em Vale da Pedra, construda pela firma Degrmont, onde a gua decantada, filtrada e sujeita ao processo da floculao por meio de reagentes, e finalmente desinfectada por meio de cloro, com correco posterior em postos de cloragem dispersos pela rede de distribuio. A estao de tratamento de Vale da Pedra, com uma capacidade de produo de 240.000 m dirios, j em 1963 estava em funcionamento, fornecendo gua de boa qualidade a Lisboa. Na sequncia de todo este progresso tecnolgico, e porque os custos de tratamento fossem bastante elevados face pouca quantidade de gua, a CAL decidiu, em 1967, desafectar por completo do abastecimento o Aqueduto das guas Livres.
25
O parecer do Conselho Superior de Obras Pblicas exarado no projecto da captao Tejo de Valada apontava mesmo para o Castelo do Bode, invivel no curto prazo, e para a captao nas albufeiras do Cabril e da Ponte da Bou, e a serem conduzidas a Lisboa em adutor prprio, projecto a ser "objecto de um estudo profundo, feito em tempo til, para permitir o incio da sua realizao por volta de 1970 e a sua entrada em servio quando ficar saturada a capacidade de transporte do Canal do Tejo, j ento elevada para 400.000 m por dia, o que se deve verificar em 1974, ano em que termina a concesso da Companhia das guas de Lisboa". Os estudos relativos ao aproveitamento das guas do Zzere no haviam, pois, sido abandonados, sendo-lhe dado especial relevo no Plano Geral de Abastecimento de gua Regio de Lisboa, publicado em Junho de 1962, semelhana do que sucedera no Estudo Prvio para Ampliao do Abastecimento de gua Cidade de Lisboa, de Janeiro de 1950. Objecto de estudos posteriores, o projecto veio a ser concretizado apenas a partir de 1975. Para tal projecto havia-se procedido em 1972 actualizao do Plano Geral publicado dez anos antes. Em 1986 foi o subsistema inaugurado com uma capacidade de produo de 375.000 m dirios, sendo composto pela torre de captao, agora completa, uma central elevatria situada a jusante da barragem, uma estao de tratamento na Asseiceira, e um adutor que conduz a gua a uma central elevatria construda em Vila Franca de Xira, de onde a gua elevada para Telheiras, em Lisboa.
26
A partir de 1993 procedeu-se ampliao do subsistema para uma capacidade de tratamento e aduo de 500.000 m dirios atravs de um conjunto de obras que ficaram concludas em 1996, o que possibilita hoje o abastecimento, pela EPAL, de gua a um total de 26 municpios correspondentes a cerca de um quarto da populao do Pas. A EPAL hoje uma sociedade annima, de capitais exclusivamente pblicos, e encontra-se integrada num grupo mais vasto, a guas de Portugal, AdP, que, com um conjunto de empresas multi-municipais, abastece de gua a quase totalidade do Pas, e onde se encontra espelhado todo um conhecimento cientfico e tecnolgico que parte importante da nossa identidade, da nossa memria colectiva, e cujos testemunhos urge a todo o custo preservar como patrimnio histrico.
27
Relatrio sobre o tratamento das guas de Lisboa elaborado pela Comisso nomeada pela Portaria de 12 de Novembro de 1938. Ministrio das Obras Pblicas, Lisboa, 1940. RODRIGUES, Joaquim ngelo Caldeira e FRAGOSO, Jos Joaquim. Consideraes sobre zonas de distribuio - o caso de Lisboa. In Boletim dos Servios Tcnicos, ano XXII, 1956, CAL, Lisboa, ps. 85 - 107. RODRIGUES, Joaquim ngelo Caldeira. Memria sobre os reservatrios de Lisboa. In Boletim dos Servios Tcnicos, ano XXIV, 1958, CAL, Lisboa, ps. 53 - 95. VITAL, Raul Fontes. A iniciativa privada no abastecimento de gua em Portugal - sc. XIX e XX. Lisboa, EPAL, 1990 (texto policopiado).
Obras consultadas
ALVES, Joo Carlos. Abastecimento de gua cidade de Lisboa. Separata do Boletim da CFOAACL, n. 16, Lisboa, 1940. BRANCO, A. G. Soares. Notcia sobre o abastecimento de Lisboa com guas de nascentes e guas do rio: estudos e obras dos ltimos cem anos. Separata do Boletim da CFAL, n. 36, Lisboa, 1955. CASEIRO, Carlos, VITAL, Raul, e PENA, Amrico. Memrias e outras histrias do Aqueduto das guas Livres. EPAL, Lisboa, 1998. CFAL. Boletim da CFAL.[ Anteriormente a 1943, com a designao Boletim da CFOAACL]. ALMEIDA, Amaro de. Lisboa capital das guas. Separata dos n. 49 e 50 da Revista Municipal. Cmara Municipal de Lisboa, 1952. AMARAL, Eloy do. Congresso Nacional Municipalista de 1922. Lisboa, 1923. CHOFFAT, Paul. Les eaux d'alimentation de Lisbonne. Rapport entre leur origine gologique et leur composition chimique. Separata das Comunicaes da Direco dos Trabalhos Geolgicos, tomo III, fascculo II, Academia das Cincias, Lisboa, 1898. CHOFFAT, Paul. Resumo das condies hidrogeolgicas da cidade de Lisboa. In Boletim da Direco Geral de Agricultura, sexto ano, n. 1. Imprensa Nacional, Lisboa, 1895, ps. 13 - 19. CUNHA, Lus Veiga da. A nova instalao de cloragem das guas do grupo do Alviela. Separata da Revista da Ordem dos Engenheiros, ano I, Maro-Abril, n. 8, Lisboa, 1944. CUNHA, Lus Veiga da. As guas de Lisboa. Separata da Revista da Ordem dos Engenheiros, Lisboa, s.d..
28
CUNHA, Lus Veiga da. Estudo de uma estao de filtrao de gua potvel. Separata da Revista da Ordem dos Engenheiros, ano III, Novembro, n. 23, Lisboa, 1945. GOMES, Bernardino Antnio. O esgoto, a limpeza e o abastecimento das guas em Lisboa, o que foram ou so, e o que devem ser, considerado tudo luz das boas prticas e doutrinas. Academia das Cincias, Lisboa, 1871. HUGHES, Thomas P., The evolution of large technological systems, in BIJKER, Wiebe, HUGHES, Thomas P., PINCH, Trevor (eds.). The social construction of technological systems. New directions in the Sociology and the History of Technology. MIT, Massachussets, 1989, ps. 51-82. MASTBAUM, Hugo. Memria sobre o abastecimento das guas de Lisboa. In Boletim da Direco Geral de Agricultura, sexto ano, n. 1. Imprensa Nacional, Lisboa, 1895, ps. 21 - 175. MOITA, Irisalva (dir. e organiz.). D. Joo V e o abastecimento de gua a Lisboa. Cmara Municipal de Lisboa, 1990. MONTENEGRO, Augusto Pinto de Miranda. Memria sobre as guas de Lisboa. Imprensa Nacional, Lisboa, 1895. PINHO, Bernardino de. A cloragem das guas de abastecimento. Separata de Notcias Farmacuticas. 1942. PINTO, Lus Leite. Histria do abastecimento de gua regio de Lisboa. 2. Ed., INCM/EPAL, Lisboa, 1989. Representaes dirigidas a Sua Magestade a Rainha e ao Corpo Legislativo pela Cmara Municipal de Lisboa sobre o abastecimento de guas na Capital por meio de empresa. Imprensa Silviana, Lisboa, 1853. RIBEIRO, Carlos. Memria sobre o abastecimento de Lisboa com gua de nascente e gua de rio. Academia das Cincias, Lisboa, 1867. RIBEIRO, Carlos. Reconhecimento geolgico e hidrolgico dos terrenos das vizinhanas de Lisboa com relao ao abastecimento das guas desta cidade. Academia das Cincias, Lisboa, 1857. ROSSA, Walter. Alm da Baixa: indcios de planeamento urbano na Lisboa setecentista. Ministrio da Cultura, IPPAR, Lisboa, 1998.
SMITH, Merritt Roe, MARX, Leo (eds.). Does Technology drive History? The dilemma of Technological Determinism. MIT, Massachussets, 1994. VELLOSO D'ANDRADE, Jos Srgio. Memria sobre chafarizes, bicas, fontes e poos pblicos de Lisboa, Belm, e muitos lugares do termo, oferecida Exm. Cmara Municipal de Lisboa. Imprensa Silviana, Lisboa, 1853. VIGREUX, Ch. (dir.). Notes et formules de l'ingnieur. E. Bernard, Paris, 1905. VITAL, Raul Fontes. L'approvisionnement en eau Lisbonne au XIXme sicle. In BELOT, Robert, COTTE, Michel et LAMARD, Pierre (dir.). La Technologie au risque de l'histoire. Universit Technologie de Belfort-Montbliard et Berg International diteurs, Paris, 2000, ps. 51 - 54. VITAL, Raul Fontes. Lisboa e as guas (Da Lisboa Ribeirinha s guas altas e ao Tejo e seus afluentes - a dinmica do abastecimento de gua numa cidade em constante expanso). II Colquio Temtico "Lisboa Ribeirinha", Actas das Sesses, Cmara Municipal de Lisboa, 1997. VITAL, Raul Fontes. O Aqueduto das guas Livres. Da soluo para a falta de gua ao impasse tecnolgico. Comunicao apresentada ao XVIII Encontro da Associao Portuguesa de Histria Econmica e Social, Lisboa, 1998 (texto policopiado). VITAL, Raul Fontes. O desenvolvimento econmico e as empresas de abastecimento de gua em Portugal. Comunicao apresentada ao XVII Encontro da Associao Portuguesa de Histria Econmica e Social. Ponta Delgada, Universidade dos Aores, 27 - 29 de Novembro de 1997 (texto policopiado). VITAL, Raul Fontes. O Museu da gua da EPAL. Uma experincia na defesa do patrimnio. In Arqueologia & Indstria, n. 1, APAI, Lisboa Julho de 1998, pp. 145 - 152. VITAL, Raul Fontes. Os novos ncleos do Museu da gua - a preservao do patrimnio museolgico e dos arquivos, In 1. Encontro Internacional sobre Patrimnio Industrial e sua Museologia. Comunicaes. Museu da gua da EPAL, 1 e 2 de Outubro de 1999. Lisboa, EPAL, 2000, ps. 71 - 74.
29
30
31
32
Universidade do Minho
A Universidade do Minho uma universidade pblica com autonomia administrativa e financeira. Comemora actualmente o XXXI aniversrio. O Departamento de Engenharia Civil (DEC) da Escola de Engenharia tem a seu cargo o Curso de Licenciatura de Engenharia Civil, o Mestrado em Engenharia Municipal, o Mestrado em Engenharia Civil e disciplinas do Mestrado em Tecnologia do Ambiente. Desenvolve, ainda, actividade de investigao nos domnios de Construes e Processos, Estruturas, Geotecnia, Hidrulica, Materiais de Construo, Planeamento e Arquitectura e Vias de Comunicao. O Sub-grupo de Hidrulica tem como misso formar cientistas e engenheiros atravs de um estimulante e diversificado programa na rea da mecnica dos fluidos; hidrologia, engenharia sanitria e gesto dos recursos hdricos e contribuir para o aumento do conhecimento cientfico nas seguintes reas preferenciais: Processos de transporte e mistura em ambientes naturais e sistemas de engenharia; Sistemas de apoio deciso para o desenvolvimento sustentado da gesto dos recursos hdricos e desenvolver tcnicas de modelao em laboratoriais e modelos computacionais. A investigao orientada de modo a no s contribuir para o aumento dos conhecimentos numa determinada rea cientfica mas tambm contribuir para a extrapolao dos resultados obtidos em estudos e obras no domnio da engenharia civil.
33
34
O dimensionamento de um sistema de pressurizao depende de uma grande parte do conhecimento dos fenmenos hidrulicos envolvidos. Neste captulo sero analisados alguns princpios fundamentais da mecnica dos fluidos e a sua utilizao na caracterizao da curva caracterstica da instalao e da curva caracterstica de uma bomba centrfuga, conceitos essenciais para um bom desempenho de um sistema de pressurizao.
2.1 Introduo
F v = S n
(2)
onde o coeficiente de viscosidade dinmica. A viscosidade dinmica () para um determinado fluido determinada recorrendo a tabelas ou a grficos enquanto que a viscosidade cinemtica () expressa da seguinte maneira: (3) = / onde a massa volmica do fluido. A viscosidade cinemtica nos lquidos varia apreciavelmente com a temperatura, sendo desprezvel a influncia da presso. Sendo a viscosidade uma propriedade fsica que determina a resistncia ao escoamento uniforme de um fluido, ela afecta a distribuio do esforo de corte destes. Analisando o comportamento dos fluidos em funo do esforo e a velocidade de corte, podemos classific-los da seguinte maneira: Fluido Ideal - apresenta resistncia nula deformao; Fluido Newtoniano - o esforo de corte proporcional velocidade de corte, sendo o declive da recta; Fluido no Newtoniano - deforma-se de tal maneira que o esforo de corte no proporcional velocidade de corte; Plstico Ideal - o fluido sustm, inicialmente, um esforo sem qualquer deformao, deformando-se posteriormente de forma proporcional ao esforo de corte; Slido Ideal - no ocorre deformao para qualquer valor de tenso. Os Fluidos Newtonianos so praticamente todos os lquidos orgnicos e inorgnicos enquanto que os Fluidos no Newtonianos podem ser classificados em pseudoplsticos, dilatantes, Bingham, etc.. Como exemplos de Fluidos no Newtonianos podem-se destacar a pasta de celulose, algumas tintas, borracha, etc
2.2.2 Viscosidade
A viscosidade dos fluidos traduz-se pela resistncia que estes oferecem deformao. Assim, no seu escoamento desenvolvem-se foras resistentes, que do parte dissipao de parte da energia mecnica possuda pelo fluido em movimento. Ao pretender modificar-se a forma de uma massa de fluido, observa-se que as camadas do mesmo se deslocam umas em relao s outras, at que se alcance uma nova forma. Durante este processo ocorrem tenses tangenciais (esforos de corte) que dependem da viscosidade e da velocidade do fluido. O comportamento de um fluido sob a aco de um esforo de corte importante na medida em que determinar a forma como ele se movimentar. A fim de que se possa introduzir a noo de esforo de corte (tenso tangencial), torna-se necessrio analisar as foras exteriores que actuam numa determinada massa de fluido sujeita aco da acelerao da gravidade. Num fluido em repouso no existem tenses tangenciais e de acordo com a lei de Pascal a presso num ponto igual em todas as direces. Nos fluidos em movimento, em que se manifeste a aco da viscosidade desenvolvem-se tenses tangenciais ou esforos de corte. A viscosidade assim uma propriedade fsica que definida como sendo a resistncia de um fluido ao seu escoamento uniforme. Considere-se duas placas paralelas de fluido, S, que se movem a uma distncia, n, a uma velocidade relativa v, a fora necessria para o deslocamento ser:
2.2.3 Compressibilidade
A compressibilidade dos fluidos traduz-se pela diminuio do volume ocupado por uma determinada massa de lquido quando aumenta a presso a que esta est sujeita. De acordo com o seu comportamento sob a aco de uma presso aplicada exteriormente os fluidos podem ser classificados da seguinte forma: Incompressveis - Se o volume de um elemento de fluido independente da sua presso e temperatura. Nos lquidos, devido s pequenas variaes de presso, podem-se considerar incompressveis para a maior parte dos fenmenos.
F = S
v n
(1)
35
Compressveis - Se o volume de um elemento de fluido varia com a sua presso e temperatura, como acontece nos gases. Note-se contudo que nenhum dos fluidos reais completamente incompressvel. No entanto, os lquidos podem ser encarados como tal para efeitos de estudo de grande parte das aplicaes prticas. no entanto importante realar que em alguns fenmenos, como por exemplo na anlise do choque hidrulico, deve ser considerada a compressibilidade do fluido.
Q v1 = Q v2 = Q v3
; v1 xAi1 = v2 Ai 2 = v3 Ai 3 = v (5)
A expresso (5) designada por equao da continuidade. O termo continuidade deriva do facto de o caudal em todos os troos ser constante. Em termos de caudal mssico (Qm = cont.), Qm1 = Qm2 = Qm3 = Qm .v1.Ai1 = .v2.Ai2 = .v3.Ai3 = .v.Ai (6)
D2 D1 D3
Q = v ds
(4)
Velocidade mdia, V, (numa seco normal em todos os pontos velocidade do escoamento) velocidade de um escoamento que, com velocidade uniforme na seco, transporta um caudal igual atravs da mesma seco.
L1
Fig. 1 - Condutas em srie
L2
L3
36
Nestas circunstncias, facilmente se depreende que o caudal escoado o mesmo em cada troo de conduta com caractersticas distintas, e que a perda de carga total dada pela adio de todas as perdas de carga parcelares: Q = U1 x S1 = U2 x S2 = ... = Un x Sn
H = H i = J i Li
i =1 i =1 n n
(7) (8)
O teorema de Bernoulli representa uma equao de balano de energia pois iguala a variao da energia mecnica total entre duas seces de um tubo de corrente ao trabalho realizado pelas foras locais de inrcia (nulas em regime permanente) e de resistncia H. Na prtica, pode-se considerar: * 1 = 2 = 1,0 Coeficiente de distribuio de presso (campo de presses do tipo hidrosttico condutas de pequeno e mdio dimetro). * 1 = 2 = 1,0 Coeficiente de energia cintica ou de Coriollis, distribuio de velocidades - considerao de velocidades mdias (1,00 1,15). A parcela B corresponde a troca de energia com o exterior: +B cedncia de energia (turbina) -B ganho de energia (bomba). A parcela H representa o trabalho das foras resistentes por unidade sendo a soma das seguintes parcelas:
p v2 E = z+ + 2g
(Trinmio de Bernoulli)
(9)
Dimensionalmente cada parcela corresponde a um comprimento pelo que assimilvel a uma soma de "alturas":
[E ]= [F ] [L] = [L] [F ]
O significado fsico de cada parcela ser o seguinte:
H = H p + H L
com,
(11)
H Foras resistentes totais por unidade de peso (perdas de carga totais) Hp Perda de carga uniforme (contnua ou principal)
= cota da partcula em relao a um plano de referncia (energia potencial de posio da partcula por unidade de peso)
p = altura piezomtrica: energia potencial de presso por unidade de peso da partcula; v2 = altura cintica: energia cintica por unidade de peso 2 g da partcula com velocidade v.
Assim, define-se Linha Piezomtrica como o lugar geomtrico dos pontos em que a sua cota a soma da cota topogrfica e da altura ( z + (ou Energia) ser o lugar geomtrico dos pontos cuja cota ser a soma da cota topogrfica, a altura piezomtrica e a altura cintica ( z +
p v2 + ). 2g
p ). Analogamente, a Linha de Carga
O teorema de Bernoulli refere que no caso de um fluido incompressvel em regime permanente, em que se possam desprezar as foras de atrito e, consequentemente as perdas de energia, mantm a carga total de uma partcula ao longo de uma trajectria. O Teorema de Bernouli aplicado a fluidos pesados e incompreensveis, em regime permanente, toma a seguinte forma:
( z1 + 1 p1 U p U + 1 ) s1 ( z 2 + 2 2 + 2 ) = H B 2g 2 g s2
2 1 2 2
(10)
37
2) Calcular perdas de carga localizadas em troos curtos (curvas, derivaes, mudanas de seco) onde se conhecem as condies nas seces de entrada e de sada. Particularizando a aplicao do Teorema de Euler a movimentos permanentes de fluidos pesados e incompressveis em tubos de corrente e as tenses tangenciais so desprezveis, a aco do lquido sobre a superfcie de contorno ser uma fora, dada pela seguinte expresso vectorial: r r r r R = - ( Q U + p S ) n - ( Q U + p S ) n + (12)
1 1 1 1 2 2 21 2
em que: r r n1 e n2- so os versores da direco normal s seces de entrada e sada (S1 e S2), com o sentido positivo dirigido sempre para o exterior do volume em estudo. r - peso do volume de fluido em estudo.
U 1 , U 2, p1 , p2 - Velocidades mdias e presses nas seces 1 e 2.
V D (13) O nmero de Reynolds define as condies de semelhana quando a natureza das foras intervenientes se limitam s indicadas (caso de escoamento de lquidos no interior de condutas em presso). Re =
Para valores de Reynolds superiores a 2500 o escoamento geralmente turbulento e para valores inferiores a 2000 o escoamento normalmente laminar. A quase totalidade das aplicaes de sistemas de pressurizao encontra-se em regime turbulento.
J=
U2 D 2g
(15)
em que : - coeficiente de resistncia (adimensional); g - acelerao da gravidade; D - dimetro da conduta; U - velocidade mdia na conduta.
38
A grande maioria dos escoamentos de fluidos, nas aplicaes prticas de engenharia encontram-se neste domnio e o coeficiente de resistncia pode ser estimado pela seguinte equao:
(17)
Para aplicao dos estudos em laboratrio (baseados numa rugosidade terica artificial - ) s condutas comerciais, define-se para essas condutas, uma rugosidade equivalente (ke), que substituda na expresso de clculo de , em regime turbulento rugoso, conduz os mesmos valores que foram obtidos experimentalmente com . A determinao do coeficiente de resistncia pode ser obtido pela representao grfica das experincias de Nikuradse ou por via analtica.
a) Determinao de l, por via grfica O emprego da frmula universal foi bastante simplificada com o aparecimento de diagramas como o de "Moody", que atravs da representao grfica daquelas funes implcitas, permite a determinao expedita dos valores de , com suficiente rigor.
Os intervalos II, III e IV correspondem aos regimes turbulento liso, turbulento de transio e turbulento rugoso.
ZONA DE TRANSIO
FACTOR DE ATRITO
NMERO DE REYNOLD
Diagrama de Moody para estabelecer o factor de atrito . O valor de obtido atravs da utilizao do nmero de Reynold e do valor de rugosidade relativa k/D como parmetros, onde D o dimetro interno da tubagem em mm e k a rugosidade equivalente da superfcie em mm.
39
importante relembrar que a determinao do coeficiente de resistncia, , atravs de frmulas prticas (expresses empricas, vlidas apenas em certas circunstncias - fluido, temperatura, seco transversal, material das paredes do contorno slido, etc. ...), quer sob a forma analtica, quer sob a forma de bacos ou tabelas apenas so vlidas dentro das condies particulares em que foram definidas. b) Determinao de l, por via analtica Para clculos mais exactos o clculo do coeficiente de resistncia, , deve ser realizado por via analtica por equaes de reconhecida validade, como por exemplo pela Frmula de Colebrook-White: k /D 1 2,51 K (18) = 2 log( + ee ) 3,7 Re Em que:
Estes sistemas aparecem normalmente nas redes de abastecimento de gua municipais ou industriais e nas redes de combate a incndios. Chama-se n ao ponto de interseco de trs ou mais condutas e malha a todo o circuito fechado constitudo por trs ou mais condutas ligadas em srie. Diz-se que uma conduta tem distribuio de percurso quando sofre uma variao de caudal ao longo do seu percurso (escoamento em regime permanente variado). Quanto sua constituio, podemos considerar os seguintes tipos de redes: QUADRO 1 - TIPOS DE REDES
TIPO DESCRIO DISTRIBUIO DE PERCURSO sem com sem com sem com REGIME DO ESCOAMENTO PERMANENTE uniforme variado uniforme variado uniforme variado
EMALHADA
s com malhas s com condutas em srie com condutas em srie e com malhas
RAMIFICADA
MISTA
Nas redes ramificadas a direco do escoamento nica e portanto conhecida. Logo, conhecendo-se os caudais e os dimetros possvel de imediato o clculo das perdas de carga. Nas redes emalhadas o conhecimento do valor e sentido dos caudais, em cada troo, so obtidos aps o equilbrio da malha atravs da Lei da Continuidade (em cada n os caudais afluentes devem igualar os caudais efluentes) e Lei das Malhas (numa malha a soma algbrica das perdas de carga em todas as condutas deve ser nula).
H L = K L
U2 2g
(19)
em que KL o coeficiente de perda de carga localizada, sendo determinado experimentalmente para cada tipo de singularidade. A determinao dos coeficientes de perda de carga em diferentes singularidades (estreitamentos e alargamentos suaves, mudanas de direco, vlvulas, etc. ) encontra-se bem documentada em inmeras publicaes de hidrulica, algumas das quais serviram de base ao presente texto e que se encontram referenciadas nas referncias bibliogrficas.
q=
Qm Qj Qm = Qj + q L L
(20)
40
Em que:
Os custos de investimento so directamente proporcionais ao dimetro instalado e os consumos de energia inversamente proporcionais ao mesmo valor. Os passos fundamentais a seguir nos clculos a efectuar so: - Seleco de um conjunto de dimetros (comercialmente disponveis) a partir de velocidades mdias (0,6 a 1,5 m/s) e de critrios de velocidade mnima e mxima. - Clculo dos custos de investimento em funo dos dimetros seleccionados. - Clculo dos custos de energia do perodo de vida da obra. (actualizados ao ano 0) - Adio dos custos anteriores para os diversos dimetros seleccionados e verificao de que o conjunto de dimetros seleccionados contm o dimetro (comercialmente disponvel) mais econmico. Para tal acontecer os custos associados aos dimetros extremos seleccionados devero ser superiores a pelo menos um dos custos associados a um dos dimetros intermdios. - Seleco do dimetro mais econmico. Especialmente nos dimetros mais pequenos a alterao de um dimetro para o da srie comercial imediatamente inferior poder representar alteraes significativas em alguns parmetros de controlo, uma vez que a perda de carga aumenta de forma quadrtica com a velocidade e esta aumenta igualmente de forma quadrtica com o dimetro.
Havendo uma variao da velocidade ao longo da trajectria, h uma variao do coeficiente de perda de carga, que se traduz numa variao parablica da linha de energia. Tal facto dificulta o clculo das perdas de carga em cada trecho da conduta. Bresse ultrapassou esta dificuldade considerando um caudal equivalente ( Qe ):
Qe = Qj + 0.55 q L
(21)
Trata-se de um caudal fictcio que, em movimento uniforme e para um dado dimetro, conduz ao mesmo valor da perda de carga que a verificada em regime permanente variado, considerando os caudais que realmente circulam na rede. Com esta simplificao o clculo hidrulico de regime permanente variado transformado, para efeito do clculo das perdas de carga, em regime uniforme e permanente.
(22)
As perdas de carga tm variao quadrtica com o caudal, apresentando a curva caracterstica da instalao a forma apresentada na figura 4.
41
Nesta situao, a descarga de uma bomba dum estgio injectada na admisso de uma bomba de um segundo estgio, onde se preserva a presso do primeiro. O fluido depois de entrar no segundo estgio ter um aumento de energia sob forma de aumento de presso e assim sucessivamente. As bombas multiestgio podem ser consideradas como bombas com vrios estgios simples, montadas sobre o mesmo eixo e com descargas em srie.
2.9.2 Constituio
Na sua forma mais simples, a bomba constituda por um rotor que gira no interior de uma carcaa. O fluido entra na bomba nas vizinhanas do eixo do rotor propulsor e lanado para a periferia pela aco centrfuga. A energia cintica do fluido aumenta do centro do rotor para a ponta das palhetas propulsoras. Esta energia cintica convertida em presso quando o fluido sai do impulsor e entra na voluta ou difusor. Veios condutores fixos no corpo da bomba podem ajudar a dirigir o fluido, melhorando a eficincia da bomba;
Muito resumidamente, as principais peas constituintes de uma bomba centrfuga, so as seguintes: Corpo da bomba; Motor elctrico; Propulsor ou rotor; Veios condutores; Sistema de refrigerao; Sistema de lubrificao. Normalmente o propulsor considerado o corao da bomba, sendo constituda por um disco que roda a alta velocidade, o que permite transmitir a energia ao lquido para este adquirir o aumento de presso desejado.
Uma bomba centrfuga com um s rotor uma bomba de um nico estgio (ou andar). Quando se deseja ter uma combinao de presso total e capacidade que no se enquadra numa bomba de um s estgio, usa-se uma bomba multiestgio.
42
Alheta de impulsor de bomba com os vrtices de velocidade nos bordos de ataque e fuga. Velocidade absoluta do lquido v, velocidade relativa w, velocidade perifrica da alheta u, componente tangencial da velocidade absoluta do lquido vu e componente radial vm .
Na figura 7, so representados os vectores velocidade nos bordos de ataque e fuga, onde: v = velocidade absoluta do lquido; w = velocidade relativa alheta; u = velocidade perifrica da alheta; vu = componente tangencial da velocidade absoluta; vm = componente radial da velocidade absoluta. A velocidade relativa paralela alheta em qualquer ponto. Para alm disso, vu1 = v1 cos 1 e vu2 = v2 cos 2 Partindo do princpio que o caudal no tem perdas e que o nmero de alhetas infinito (), possvel derivar a familiar teoria da equao bsica da bomba utilizando as leis da mecnica. Esta relao conhecida como equao de Euler e expressa do seguinte modo:
Numa bomba real, no possvel satisfazer nenhum destes princpios, visto que existem sempre perdas por atrito e o nmero finito de alhetas no direccionar o caudal completamente na direco da alheta. A reduo de presso causada por perdas no escoamento tomada em considerao pelo rendimento hidrulico e a reduo devido ao desvio do caudal de uma ngulo ideal 2 contabilizado por um coeficiente de alheta k. Com estas modificaes, a equao de Euler para uma bomba real tem o seguinte aspecto:
As bombas centrfugas so normalmente concebidas com 1 = 90, logou1 = 0. Assim sendo, a equao bsica da bomba simplificada para: uv H t = k h 2 u 2 (25) g A altura manomtrica ideal obtida pela equao de Euler independente do caudal Q. Se a curva Q/Ht for traada, Ht. indicado por uma linha recta. A curva real Q/H derivada desta curva atravs da subtraco dos efeitos do
Ht =
1 (u2vu 2 u1vu1 ) g
(23)
onde o ndice t referencia um caudal sem perdas e refe. rencia o princpio do nmero infinito de alhetas que garante o direccionamento completo do lquido.
43
nmero finito de alhetas e de vrias outras perdas que ocorrem no interior da bomba, conforme se pode ver na Figura seguinte.
Perdas
Reduo do caudal Q causada por perdas por fuga Hv Efeito do nmero finito de alhetas Ht Perdas por atrito Hr Perdas por descontinuidade Hs
Velocidades (w) e perdas relativas do bordo de ataque da alheta com vrias velocidades de caudal. As perdas mnimas ocorrem com o caudal nominal da bomba, quando o ngulo de ataque do lquido igual ao ngulo 1 do bordo de ataque da alheta.
Fig. 9 - Velocidades e perdas no bordo de ataque da alheta com vrias velocidades. Fig. 8 - Reduo (H) da curva verdadeira da bomba Q/H relativa altura terica da bomba Ht.
As perdas mnimas ocorrem com o caudal nominal da bomba, quando o ngulo de ataque do lquido igual ao ngulo 1 do bordo de ataque da alheta. No bordo de fuga da alheta, ocorrem perdas devido aos redemoinhos causados por esta. O seu aumento proporcional ao quadrado do caudal. Na voluta da bomba, com velocidades de caudal diferentes do valor nominal, quando o caudal na voluta diferente do caudal no permetro do impulsor. Este efeito ilustrado na Figura 9. As diferenas de velocidade causam turbulncia que originam perdas, cujo aumento proporcional ao aumento de diferena entre o caudal real e o caudal nominal. Perdas por fuga Hv As perdas por fuga ocorrem na folga entre o impulsor e a voluta da bomba. Por muito pequena que seja a folga, um pequeno retorno de caudal passa da rea de elevada presso junto da borda do impulsor para a rea de baixa presso do aro de junta do impulsor. Por este motivo, o caudal atravs do impulsor ligeiramente maior do que o caudal de sada da voluta da bomba, pelo que a cabea da bomba encontra um caudal reduzido; a diferena a perda por fuga Hv. O efeito da perda por fuga est ilustrado na Figura 8. Esta perda aumenta medida que a bomba vai sendo desgastada. Outras Perdas Existem outras perdas numa bomba centrfuga que no afectam a curva Q/H mas que aumentam o consumo de energia da transmisso do motor. Estas perdas incluem: perdas por atrito nas superfcies exteriores do impulsor; perdas por atrito no empanque da transmisso; perdas por atrito na chumaceira.
O Efeito do Nmero Finito de Alhetas Conforme indicado anteriormente, a existncia de um nmero finito de alhetas diminui a altura manomtrica pelo factor de alheta k. Se tomarmos este factor em considerao, poderemos obter a altura terica Ht. Poderemos escrever que:
H t = kH t
(26)
Ht no perfeitamente linear, porque o coeficiente de alheta ligeiramente dependente do caudal Q. A reduo de altura de Ht. para Ht no causada por perdas de caudal mas sim pelo desvio do lquido dos ngulos ideais devido ao nmero finito de alhetas. Perdas por Atrito Hf As perdas por atrito ocorrem medida que o lquido flui pelas passagens do impulsor e da voluta da bomba. O seu aumento proporcional ao quadrado do caudal Q. Perdas por Descontinuidade Hs As perdas por descontinuidade so geradas nas seguintes reas: No bordo de ataque da alheta, onde o lquido atinge a ponta da alheta. A perda mais pequena no ponto de concepo da bomba, onde o lquido entra em contacto com a alheta no ngulo 1. As perdas aumentam com o aumento do desvio do ngulo de contacto do ngulo da alheta 1; conforme se pode constatar na figura seguinte.
44
tao, pelo que devero ser tomados os devidos cuidados se as condies de funcionamento da bomba apresentarem o risco de ocorrncia de cavitao. Normalmente, as marcas de desgaste causadas pela cavitao ocorrem localmente e consistem em picagens profundas com bordos afiados. As picagens podem ter vrios milmetros de profundidade;
Bolhas de vapor
A formao e desaparecimento das bolhas de vapor designada por fenmeno de CAVITAO, tendo como consequncia mais gravosa a deteriorao mecnica precoce da bomba. A cavitao numa bomba apresenta duas desvantagens: A criao e colapso das bolhas de vapor podem danificar a bomba; A bomba torna-se muito menos eficiente porque passa a bombear uma mistura de lquido e vapor, com uma densidade muito mais baixa.
Fig. 10 - Influncia do ngulo no bordo de ataque da alheta
Logo, na instalao de qualquer bomba, necessrio que no dimensionamento desta seja acautelado a ocorrncia de cavitao, particularmente, com lquidos quentes e volteis. Definio de NPSH NPSH o acrnimo do termo ingls Net Positive Suction Head e representa a diferena entre a presso esttica absoluta e a tenso de vapor do lquido (normalmente expressa em metros). O clculo do NPSH baseado nos seguintes parmetros: ht = altura geomtrica de entrada; hA = diferena de altura entre o plano de referncia e a ponta do bordo de ataque da alheta;
Se o lquido for bombeado de modo a atingir o bordo de ataque da alheta a um ngulo diferente do da alheta, formam-se redemoinhos e zonas de baixa presso do outro lado da alheta. Se a presso cair abaixo da presso do vapor, formam-se bolhas de vapor. Se estas se moverem no fluido para uma zona de presso superior, iro eventualmente implodir. O impacto de alta presso resultante poder originar picagem e a eroso da estrutura adjacente. Uma bomba com cavitao emite um rudo de crepitao caracterstico, tal como se estivesse a bombear areia. No existe nenhum material que suporte totalmente a cavi-
45
Hrt = perdas de caudal na tubagem de entrada; Vo2/2g= quebra de presso causada pela velocidade de entrada; h = quebra de presso local no bordo de ataque da alheta; Pb = presso ambiente ao nvel do lquido; Pmin= presso esttica mnima na bomba; Pv = presso do vapor do lquido temperatura dominante. As alturas de presso so apresentadas na Fig. 12.
ataque da alheta. Nas bombas horizontais, o plano de referncia coincide com a linha central da transmisso. Nas bombas verticais, a localizao do plano de referncia indicada pelo fabricante. NPSH Requerido O NPSH requerido obtido a partir da seguinte equao:
NPSH requerido = hA +
vo
2g
+ h
BOMBA HORIZONTAL
BOMBA VERTICAL
Este valor tambm conhecido como valor de NPSH da bomba. Este valor pode ser apresentado como uma funo do caudal, conforme demonstrado na Figura 14.
NPSH requerido
Para evitar a cavitao, a presso esttica mnima na bomba (Pmin) tem de ser maior do que a presso do vapor do lquido, ou Pmin > pv A Figura 13 ilustra o princpio da distribuio da presso esttica do lquido na tubagem de entrada, na bomba e na tubagem de presso de uma instalao de uma bomba em seco.
Fig. 14 - Variao tpica do NPSH requerido com o caudal.
O NPSH da bomba independente da temperatura e do tipo do lquido que est a ser bombeado. O fabricante da bomba obrigado a indicar o NPSH como um valor numrico ou uma curva. Na realidade, qualquer bomba ter valores de NPSH diferentes dependendo da definio da ocorrncia, como pode ser visto na Figura 15.
NPSH
NPSH incio da perda material NPSH0 (0% de perda de altura manomtrica) NPSH3 (3% de perda de altura manomtrica)
Variao de presso numa instalao de bomba em seco. Distribuio da presso esttica do lquido na tubagem de entrada, na bomba e na tubagem de presso.
Plano de Referncia O plano de referncia o plano no qual os clculos do NPSH so efectuados. Trata-se do plano horizontal que atravessa o ponto central do crculo descrito pela ponta do bordo de
46
De acordo com os padres de teste utilizados pelos fabricantes de bombas, o NPSHr definido como a situao onde a altura manomtrica da bomba sofre uma diminuio de 3% devido cavitao. Este valor definido como NPSH3. A cavitao ligeira pode ser inofensiva para a bomba se as bolhas de vapor no implodirem perto das suas partes estruturais, tais como a alheta do impulsor. A diferena entre os vrios valores de NPSH maior nas bombas equipadas com impulsores com menos alhetas. Assim sendo, os impulsores monocanal registam as maiores diferenas nos valores de NPSH devido quebra da curva do NPSH3 e os seus testes apresentam resultados demasiado favorveis. Por este motivo, uma curva de NPSHr baseada na regra de 3% do padro uma base insuficiente para a avaliao do risco de cavitao em bombas com poucas alhetas. Em princpio, a curva de NPSHr publicada pelo fabricante deve garantir que a bomba no ser danificada se for utilizada acima dessa curva. Isto aplica-se especialmente s bombas de guas residuais, que tm um nmero reduzido de alhetas do impulsor. O problema que no existe nenhum modo exacto de testar e estabelecer este valor de NPSH. NPSH Disponvel O NPSH disponvel indica a presso disponvel para a aspirao da bomba sob as condies dominantes. Este valor pode ser denominado o NPSH da instalao sobrepressora. O termo ht positivo quando o plano de referncia se encontra acima da superfcie do lquido e negativo quando este se encontra abaixo da superfcie. O NPSH disponvel determinado pelo projectista da instalao.
Para bombas instaladas verticalmente, a margem de segurana deve ser definida entre 2 e 2,5 m, desde que seja utilizada uma curva cnica antes da entrada da bomba. O raio de curvatura da linha central da curva no deve ser inferior a D1 + 100 mm, onde D1 o dimetro da abertura de maiores dimenses. O NPSH, as suas margens de segurana e mtodos de medio, encontram-se detalhadamente descritos na publicao do EUROPUMP "NPSH FOR ROTODYNAMIC PUMPS, REFERENCE GUIDE"(1997), cuja metodologia foi seguida no presente trabalho.
NPSH disponivel =
Pb pv H rt ht g g
(27)
Margem de Segurana do NPSH NPSHdisponvel >NPSHrequerido + Margem de segurana . A margem de segurana do NPSH deve ser suficientemente grande para suportar variaes numa situao onde as condies reais podem ser diferentes das calculadas teoricamente. As perdas de carga na tubagem de aspirao podem ser incorrectamente calculadas e o ponto de funcionamento real da bomba pode diferir do terico devido a variaes na curva Q/H e a clculos incorrectos da resistncia da tubagem de aspirao. A cavitao prejudicial poder ocorrer mais cedo do que o esperado, ou com valores de NPSH maiores do que NPSH3 (Figura 15). As variaes tcnicas de fabrico do formato do bordo de ataque da alheta podem afectar o comportamento da cavitao. O NPSH requerido tambm poder ser afectado pela forma da tubagem de entrada. Para bombas instaladas horizontalmente com tubagens de suco rectilneas, uma margem de segurana de 1 a 1,5 m suficiente.
Carga Hidrosttica
H2 N2 = H 1 N1 P2 N 2 = P N1 1
Potncia
H2 N2 = H 1 N1
47
Caudal
Carga Hidrosttica
H 2 D2 = H 1 D1
P2 D2 = P D1 1
Potncia
H 2 D2 = H 1 D1
48
49
50
51
52
A Profluidos
A Profluidos - Gabinete de Projectos de Instalaes Especiais, Lda. foi fundada em 1986 e intervenciona nas reas de Elaborao de Estudos e Projectos de Engenharia, Consultadoria e Assistncia Tcnica, sendo especializada nas reas das Instalaes Especiais e do Saneamento Bsico. uma empresa multidisciplinar, especializada nas suas reas de actuao, caracterizada pela qualidade, eficincia, rapidez de resposta e segurana de actuao, tendo como objectivo ltimo, a satisfao dos seus clientes. Formada por um Quadro Tcnico Qualificado de especialistas que possuem uma longa experincia nos diferentes domnios de interveno, dispe ainda de uma vasta equipa de consultores externos com formao tcnica e pedaggica devidamente actualizada. Com ampla experincia nacional e internacional, a Profluidos, garante a qualidade tcnica dos projectos, sempre devidamente adaptados s necessidades e assegura a indispensvel assistncia tcnica, tendo em ateno parmetros que considera de capital importncia, na procura de um produto final de qualidade.
O ISEL
O Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) a mais antiga escola de engenharia em Portugal. Teve a sua gnese em 30 de Dezembro de 1852, por Decreto Rgio de D. Maria II, que criou o Instituto Industrial de Lisboa. Este Instituto passou a ter estatuto de ensino superior com a denominao de Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, por Decreto-Lei 830/74 de 31 de Dezembro. Em 25 de Outubro de 1988, pelo Decreto-Lei 389/88 passa a fazer parte da rede de estabelecimentos de Ensino Superior Politcnico, integrado no Instituto Politcnico de Lisboa. O ISEL conta actualmente com cerca de 6000 alunos, 500 docentes e 130 funcionrios no docentes.
53
54
3.1 Introduo
O presente captulo deste manual tem por objectivo descrever e caracterizar os tipos de sistemas de elevao existentes, apresentar a metodologia de dimensionamento dos seus componentes, os requisitos principais relativos sua instalao e custos de explorao associados. As aplicaes cobertas por este tema so muito vastas e destinam-se principalmente aos sistemas prediais, rega, abastecimento pblico e indstria. Face vastido dos seus campos de aplicao optmos por exemplificar os sistemas de pressurizao com velocidade fixa e velocidade varivel aplicados aos sistemas prediais abastecidos pela rede pblica, embora os mesmos princpios sejam extensivos a todas as demais aplicaes. Quando a presso que est disponvel na rede pblica de distribuio de gua potvel insuficiente para garantir o funcionamento dos aparelhos de consumo, em parte ou na totalidade dos pisos de um edifcio, torna-se necessrio recorrer a dispositivos de elevao de presso apropriados. O seu correcto dimensionamento, instalao e manuteno reveste-se da maior importncia, quer sob o ponto de vista funcional, para garantir de modo satisfatrio as exigncias de caudal e presso dos diversos aparelhos de consumo prediais, quer sob o ponto de vista econmico, nomeadamente os custos de instalao e explorao e finalmente da manuteno com influncia na durao dos equipamentos, tubagens e dos aparelhos de consumo.
Na actualidade, tem vindo a divulgar-se a utilizao de sistemas por bombeamento directo. Tratam-se de sistemas sem o recurso a reservatrios hidropneumticos. Nos sistemas por bombeamento directo podem considerar-se duas solues alternativas. A primeira soluo, cada vez mais corrente no mercado, consiste em utilizar bombas de velocidade varivel, que automaticamente, sob a aco de transdutores e circuitos electrnicos, adequam a velocidade de rotao s exigncias de caudal que solicitado em cada instante pela rede.
A segunda soluo consiste na utilizao de duas ou mais bombas de velocidade fixa instaladas em paralelo, com arranque e paragem automticas, em funo do caudal ou presso, ao mesmo tempo que operada tambm de uma forma automtica uma vlvula de controlo de presso, em srie ou em paralelo com as bombas.
HOTEL
55
- Elctrodos ou interruptores de nvel; - Manmetros, medidores de caudal e todos os sensores e equipamento necessrio ao comando, proteco e controle das bombas e compressores; O seu princpio de funcionamento o seguinte: sempre que o nvel da gua atinge o ponto mais baixo no interior do reservatrio hidrofrico, um interruptor de flutuador, pressstato, ou ainda, um sensor, d partida bomba, enchendo-se o reservatrio. medida que o nvel da gua se eleva no reservatrio, aumenta a presso no seu interior e a almofada de ar comprime-se armazenando energia potencial (elstica). Quando a gua atinge o nvel mximo a bomba desligada; se for entretanto atingido um nvel superior prfixado ser accionado o compressor de ar. Instalaes de grande e mdio porte exigem a aplicao de um ou mais reservatrios de membrana ou uma central de ar comprimido. Em instalaes de pequeno porte poder ser utilizado com reservatrios ou carregador de ar ou reservatrios com membrana a separar a fase lquida da fase gasosa.
>> 0) pelo que uma pequena variao de caudal acompanhada por uma grande variao da altura de elevao e por consequncia da presso (curva tpica de bombas multicelulares). Para melhor precisar estas noes, considera-se a zona de variao de caudal correspondente parte til da curva caracterstica das bombas (fig. 6), ela limitada pelos caudais mnimo qm e mximo QM. Distinguem-se os casos: Caracterstica pouco inclinada quando qm < 1/2 QM; Caracterstica inclinada em que qm 1/2 QM.
No primeiro caso, quando duas bombas funcionam em paralelo, a zona til de variao de caudal das duas bombas recobre parcialmente a zona til de uma nica bomba (fig. 6). No segundo caso as duas zonas no se recobrem. O caudal de dimensionamento das bombas deve ser 15 % a 25 % superior ao caudal mximo do consumo previsto para o edifcio. A presso correspondente a essa descarga a altura manomtrica da instalao.
As curvas caractersticas das bombas podem ter diferentes configuraes: Algumas caracterizam-se por apresentar um traado de tangente praticamente horizontal, o que quer dizer que a uma grande variao de caudal corresponde uma pequena variao da altura de elevao da bomba e correspondentemente da presso (curva tpica das bombas monocelulares);
56
A experincia mostra que quanto maior a diferena de presso entre o arranque e a paragem das bombas mais reduzido resulta o volume do reservatrio. Assim, a seleco dos grupos electrobomba deve ser a favor dos que se caracterizam por curvas caractersticas com inclinao acentuada, ou seja, bombas multicelulares. O caudal mdio de uma bomba determina-se pela expresso:
Qm =
em que:
2 Q2 2 ( a + Qa Q p + Q p ) 3 Qa + Q p
Fig. 8
Verifica-se o mesmo procedimento quando as necessidades de gua diminuem: - Evoluo progressiva de C6, para C5 e por fim C4, correspondente presso mxima de funcionamento com trs grupos electrobomba. - Paragem da terceira bomba 3P e passagem para um funcionamento com duas bombas, correspondente curva 2P, o ponto de operao do sistema passa de C4 para B4. - Paragem da segunda bomba, e operao com a curva 1P em que o ponto de funcionamento passa de B2 para A2. - Evoluo de A2, at A1, etc. Os rgos que asseguram o arranque e a paragem das bombas so os pressstatos. So dispositivos providos de contactos elctricos biestveis, que so accionados mecanicamente pela presso da gua, que permitem, atravs do circuito de comando a abertura e fecho dos contactores de potncia. Destacam-se alguns inconvenientes relacionados com este tipo de funcionamento: - Quando o caudal solicitado pela rede for inferior a Qa0, o funcionamento instvel com arranques e paragens frequentes da bomba. - Em cada arranque e paragem de uma das bombas, ocorre uma variao brusca do ponto de funcionamento e consequentemente, do respectivo caudal e da presso. - Determinadas gamas de caudais no so abrangidas, tais como as zonas entre Qa3 e Qb2 e tambm entre Qb5 e Qc4, se o caudal requerido cair e permanecer no interior destas zonas, o funcionamento tambm ser irregular com paragens e arranques frequentes, sendo o caudal debitado pelas bombas desajustado s necessidades. Para se evitarem os inconvenientes descritos, deve instalar-se um depsito hidropneumtico ligado ao colector de descarga comum das bombas (fig. 9).
Qm =
Qa + Q p 2
3.3.2.2.1 Regulao manomtrica A regulao manomtrica a mais utilizada, e realiza-se como se segue: Se o consumo da rede aumenta quando se encontra a funcionar apenas uma das bombas do sistema, a sua curva de funcionamento evoluir de R1 para R6, passando por todas as fases intermdias, o ponto de funcionamento desloca-se progressivamente de A1 para A2 e A3. Nesta evoluo, o caudal debitado pela bomba aumentar para satisfazer o consumo, mas a presso de descarga da bomba diminuir, conforme est representado na figura 8. Em A3 atingida a presso mnima, o que faz arrancar a segunda bomba do sistema e a curva funcional passa a ser a curva 2P (duas bombas em funcionamento). Com o arranque da segunda bomba, ocorre um salto brusco de A3 para B3. Se o consumo de gua continua a aumentar, evolui-se progressivamente de B3 para B4 e seguidamente, para B5. Nesta situao, posta em marcha a terceira bomba, com passagem do ponto de operao de B5 para C5 seguida de uma evoluo progressiva de C5 para C6 e assim por diante.
57
presso do ponto de funcionamento D. A diferena de presso entre C e D' deve-se tambm s perdas da carga da ligao ao depsito. A caracterstica da curva de funcionamento do sistema varia continuamente em funo do caudal solicitado pelos consumidores. O somatrio dos caudais individuais corresponde ao caudal global de valor aleatrio, que estar compreendido entre 0 e Qmax. O dimensionamento de uma instalao tem como objectivo a satisfao do caudal de ponta, consumido pelo edifcio e da respectiva presso de operao. No exemplo ilustrado na figura 11, verifica-se que h uma sobreposio das gamas de caudal entre n bombas e n+1 bombas em funcionamento porque Qb1 inferior a Qb2. Um caudal compreendido entre Qa1 e Qa2 pode ser fornecido com n+1 bombas em funcionamento contnuo. Um caudal compreendido entre Qb1 e Qb2 poder ser fornecido com n+1 bombas em funcionamento contnuo. O caudal Q' poder ser garantido com n bombas (ponto A') ou n+1 bombas (B') em funcionamento contnuo.
Fig. 9
O ar sob presso, aprisionado na parte superior do depsito, comprimido e expandido em funo da presso de funcionamento das bombas, ao contrrio da gua que praticamente incompressvel. A maior parte dos depsitos so, actualmente, equipados com membranas que impedem o contacto do ar com a gua, impedindo a dissoluo do ar na gua, reduzindo os problemas de corroso e evita a introduo de dispositivos de compensao de ar. Como se pode observar na fig. 10, a presena do depsito hidropneumtico altera ligeiramente os pontos de funcionamento do sistema.
Fig. 11 - Gama de caudais garantidos por n bombas - Sobreposio com a zona de caudais debitados por n+1 bombas Fig. 10
Modo de funcionamento: Arranque da 2 bomba: No arranque, o ponto de funcionamento evolui rapidamente de A para B' e, depois progressivamente, de B' para B, entretanto, o excesso de caudal debitado pelas bombas alimenta o depsito enquanto no se atingir a presso do ponto de funcionamento. Ou seja a passagem de A para B' implica um aumento brusco do caudal de funcionamento das bombas, enquanto que o caudal fornecido instalao (consumo) permanece praticamente inalterado, esta diferena vai alimentar o depsito. A ligeira variao entre A e B' deve-se s perdas de carga no ramal de ligao do depsito. Paragem da 2 bomba: Na paragem, o funcionamento do sistema altera-se bruscamente do ponto C para D' e a partir de D' progressivamente para D, medida que o depsito se esvazia para atingir a
No exemplo ilustrado pela figura 12, no temos qualquer sobreposio das zonas de funcionamento, porque o caudal Qa2 inferior a Qb1. Um caudal compreendido entre Qa1 e Qb1 no poder ser obtido com um funcionamento contnuo. Verifica-se ento um funcionamento intermitente entre n bombas e n+1 bombas. nesta situao de no sobreposio dos campos de caudais que o depsito se torna indispensvel.
Fig. 12 - Gama de caudal coberta por n bombas Gama de caudal coberta por n+1 bombas
58
3.3.2.2.1.1 Funo do depsito hidropneumtico O depsito hidropneumtico tem uma funo tripla: Servir de reserva, absorvendo o excesso de caudal (Qconsumo < Qbombeado) ou complementado a insuficincia do caudal bombeado (Qconsumo > Qbombeado), nas zonas em que o caudal no garantido pelas bombas; Assegurar a manuteno de presso na instalao quando todas as bombas se encontram paradas; Absorver as flutuaes bruscas de presso e de caudal durante a abertura e o fecho dos equipamentos de consumo (trata-se contudo de uma funo secundria que no justifica por si s a presena do Depsito).
Podemos considerar que o caudal mdio corresponde a metade da gama de caudais abrangida. Sendo assim, o perodo de um ciclo tanto mais curto quanto: - a reserva de gua for reduzida (um volume total do depsito reduzido ou um pequeno diferencial entre as presses Pmin e Pmx); - o caudal absorvido ou fornecido pelo depsito for elevado (gama vasta de caudais no abrangidos pelo funcionamento das bombas). Para se garantir uma presso de utilizao praticamente constante, indispensvel manter-se um diferencial mnimo entre as presses Pmx e Pmin. Contudo, um reduzido diferencial de presses Pmin/Pmx, (fig. 14) apresenta trs consequncias, cujos efeitos sero: - Maior frequncia de arranques; - Reduo da gama de caudais coberta pelas bombas e, portanto, mais probabilidades de ocorrerem situaes de funcionamento intermitente; - Aumento da gama de caudais no coberta pelas bombas em funcionamento contnuo. Resultando um aumento do diferencial mdio entre o caudal consumido e o caudal bombeado. Esta diferena absorvida pelo depsito, sendo o esvaziamento e enchimento mais rpidos; - Diminuio da reserva de gua disponvel (volume til) no depsito devido reduo do diferencial de presses. Por outras palavras, obtm-se uma reserva de gua no interior do depsito menor, um caudal de enchimento e esvaziamento mais elevado, conduzindo a uma maior frequncia de arranques e paragens. Conclui-se, que no se podem optimizar simultaneamente os seguintes parmetros: - Flutuao da presso; - Nmero de arranques do motor; - Volume de reserva de gua. Dever efectuar-se um compromisso entre os trs parmetros.
3.3.2.2.1.2 Perodos de funcionamento A durao de um ciclo completo conforme foi descrito anteriormente dever ser tanto mais importante quanto mais elevada for a potncia dos motores. importante assegurar-se que no ultrapassada a frequncia horria de arranques admissveis, cujo valor diminui medida que a potncia dos grupos aumenta.
A curva 3 da fig. 13 apresenta o tempo de durao de um ciclo em funo do caudal. O caudal crtico Qc, corresponde ao ciclo de durao mnima e, por conseguinte ao nmero mximo de arranques.
Qc =
Qn + Qn +1 2
Fig. 14 - Cobertura dos caudais em funcionamento contnuo
= Caudal Mdio
59
Podem ser instalados temporizadores com a finalidade de retardarem a paragem ou o arranque de cada bomba (fig. 15). uma soluo "parcial" na medida em que esta temporizao permite que o ponto de funcionamento ultrapasse os limites da gama de presso estabelecida (ou seja, maiores variaes de presso), o que vai ao encontro de objectivo inicialmente pretendido.
Fig. 17
Atravs do agrupamento de bombas com diferentes capacidades, possvel obter-se uma melhor cobertura da gama da caudais (fig. 18 e fig. 19).
Fig. 15 - Influncia das temporizaes no deslocamento do ponto de funcionamento
importante que a altura manomtrica total Hmt das bombas, correspondente ao funcionamento com caudal nulo no seja demasiado elevada em relao Pmx. A temporizao, que impe um tempo de ciclo mnimo Tmin, s se encontra activa durante os ciclos mais curtos, fora deles, no tem qualquer influncia (fig. 16).
Para se obter uma variao de presses extremamente reduzida entre o arranque e a paragem, utilizando bombas de velocidade fixa, sem ter de se enfrentar o problema de um nmero elevado de arranques, ser necessrio dispor-se de um grande volume til. O reservatrio de gua representado na figura 17 o exemplo de um reservatrio de grande volume. O custo de investimento no pode ser comparado ao de uma soluo convencional em que j no se fala de pressurizao mas de "distribuio".
Trs bombas principais dimensionadas para um caudal de 20 m3/h presso de 5 bar mais uma bomba de apoio de 10m3/h a 5 bar oferecem uma maior flexibilidade do que quatro bombas de 20m3/h, (sendo a cobertura de caudais mais favorvel). No entanto, esta opo implica uma automatizao da operao mais sofisticada e h que tomar em considerao a frequncia de arranques da unidade de apoio. Uma estrutura deste tipo frequentemente utilizada em instalaes de grande dimenso ou em estaes elevatrias.
60
3.3.2.2.1.3 Bomba auxiliar (Jockey) Trata-se de uma pequena bomba, utilizada para assegurar a manuteno da presso da rede em sistemas de pressurizao de grande dimenso, quando as bombas principais esto paradas (fig. 20). A sua funo est limitada a satisfazer as necessidades dos perodos de consumo reduzidos, tais como os devidos s fugas de caudal da instalao. Deste modo, evita-se a utilizao de um depsito de grande capacidade, dispendioso, bem como os arranques frequentes das unidades principais. Esta bomba Jockey, pode ser mantida em funcionamento permanente, ou imobilizada, a partir do momento em que a primeira bomba entra em operao. Em determinadas redes de combate a incndios ou rega, tais como de campos de golfe, futebol ou hipdromos, a manuteno da presso assegurada pela bomba Jockey evitando a entrada de ar nas tubagens, entre dois perodos de funcionamento consecutivos. Deste modo, evitam-se as flutuaes bruscas e acentuadas de presso devido ao escape de ar nos aspersores e ventosas, que so prejudiciais s canalizaes.
No entanto, de notar a persistncia das flutuaes de presso, que so tanto mais importantes quanto menor for o nmero de bombas em funcionamento (curvas mais inclinadas). Quanto maior o nmero de bombas em funcionamento paralelo, mais atenuadas so as flutuaes de presso, ficando reduzida ao mnimo a margem de flutuao de presso em todo o campo de operao. Observa-se que o arranque da primeira bomba efectuado obrigatoriamente por presso. Uma regulao debitomtrica , em geral, mais dispendiosa do que uma regulao manomtrica, alm de que a respectiva instalao no local bastante mais delicada. Por este motivo, utiliza-se este tipo de controlo nas instalaes de maior importncia.
3.3.2.2.2 Regulao debitomtrica Neste tipo de regulao o controlo dos arranques e paragens das bombas efectuada atravs de caudais de referncia (fig. 21). Podemos, assim, escolher valores adequados para se obter uma sequncia ininterrupta do campo de funcionamento e, por conseguinte, uma operao contnua dos grupos, de tal forma que acompanham o consumo.
* Atendendo a que os factores limitativos so os componentes de controlo elctrico e restantes componentes mecnicos.
3.3.3.2 Dimensionamento
O clculo da capacidade til real de um reservatrio (isto , o volume de gua descarregado pelo reservatrio com bombas paradas) resulta da aplicao da Lei de Boyle Mariotte para a expanso de gases:
C = Vt
Fig. 21 - Regulao debitomtrica
p p pa p p + pt
61
C - Capacidade til real (litros) Vt - Volume total do reservatrio (litros) Pp - Presso de paragem (bar) Pa - Presso de arranque (bar) Pb - Presso baromtrica (bar) Para calcular a capacidade til necessria recorre-se expresso:
Cu =
T A(Q A) 60 Q
em que: T - Durao de um ciclo em segundos; A - Caudal consumido pela instalao em litros, por minuto; Q - Caudal bombeado, em litros, por minuto; Cu - Capacidade til necessria; Como a frequncia mxima de arranques de uma bomba se verifica quando o consumo igual a 50% do caudal bombeado, a capacidade total necessria de:
Fig. 22 - Reservatrio hidropneumtico
Grandezas a considerar: Z - Nmero de arranques por hora da bomba; Pa - Presso manomtrica de arranque da bomba (bar); Pp - Presso manomtrica de paragem da bomba (bar); Vt - Volume total do reservatrio (M3) Vr - Volume residual, o volume de segurana que est compreendido entre o nvel de gua correspondente presso Pa e o fundo do reservatrio. Este volume deve ser da ordem de 20% do volume total, isto ; Vr = 0,2 Vt; Vp - Volume de ar correspondente presso de paragem Pp; Va - Volume de ar correspondente presso de arranque Pa; Vu - Volume til de gua no reservatrio, compreendido entre os nveis de arranque (Pa) e paragem (Pp). o volume de gua que introduzido no reservatrio, durante o perodo em que a presso do ar no seu interior aumenta de Pa at Pp, ou seja, entre o arranque e a paragem da bomba. Funciona como reserva sempre que houver consumo com as bombas fora de servio. h2 - Altura correspondente a Vr, o limite de segurana de utilizao de gua do reservatrio, tem como objectivo evitar a introduo de ar nas canalizaes. Esta altura, deve ser igual a 2,5 vezes o dimetro da canalizao, h2 = 2,5d. Aplicando a Lei de Boyle Mariotte expanso do volume de ar entre Pa e Pp vem: (Pp+1)Vp = (Pa+1)Va = (Pa+1)(Vp+Vu) De onde resulta, explicitando a equao para Vu:
Ct =
T Q 240
N=
Ct C
Na fig. 22 apresenta-se esquematicamente um reservatrio hidropneumtico, com a finalidade de representarem as diversas grandezas em jogo.
Vu =
Va (p p + 1) (pa + 1) Pp + 1
]= V (p
a
pa )
Pp + 1
62
Considerando que o volume morto igual a 20 % do volume total Va=0,8 Vt, vem:
Vu =
0,8 Vt (p p pa ) Pp + 1
Exemplo: Q = 2,5 l/s = 9m/h Z = 8 arranques hora Pp = 4 bar (presso relativa) Pa =2 bar (presso relativa) Entretanto, com estes valores no grfico, obtm-se: Q/Vt =10 Vt = 9/10 = 0,9 m
TABELA 2 Presso de paragem (bar) (mx.) Pp 2 3 4 5 6 1 Presso de arranque (bar) Pa 1,5 2 2,5 3 3,5 4 0,27 0,13 0,4 0,3 0,2 0,1 0,4 0,32 0,24 0,16 0,08 0,4 0,33 0,26 0,2 0,13 0,4 0,34 0,29 0,23
O clculo do volume total do reservatrio feito atravs da aplicao de frmulas empricas, deduzidas por diversos autores como resultado de estudos terico-experimentais. Indicam-se seguidamente algumas das mais utilizadas: a ) Frmula proposta por Harold Nickels Vt = 10Qmx. Em que: Vt = Volume total em litros Qmx = Consumo mximo provvel do edifcio expresso em litros/minuto. b ) Frmula deduzida por ngelo Gallizio A expresso aplicvel a instalaes com compressor
Vt = 30
Q pp +1 z p p pa
Q - descarga correspondente ao consumo mximo da rede, em litros por minuto; Z - Nmero mximo admissvel de arranques horrios. c) Pela frmula da Grundfos Vtotal = 16,25 x Qm x (Pmn.+1) x (Pmx+1) S P Pc+1 Vtotal = volume total do depsito em litros S = nmero mximo de arranques por hora, dependente da potncia e fabricante do motor elctrico Qm = caudal mdio de uma bomba em l (min) Pmx = presso de paragem Pmn = presso de arranque P = Pmx - Pmin. Pc = Presso de ar no depsito de membrana; Pc = Pmin-0,5
d) Frmula proposta pela norma brasileira NB-92 A norma brasileira utiliza um baco reproduzido na fig. 23, entrando com o nmero de arranque por hora e com os valores das presses relativas de arranque e paragem obtm-se a relao entre o caudal da bomba m3/h e o volume total do reservatrio Vt, determina-se na tabela 2 a relao entre o volume til Vu e o total Vt em funo das presses de arranque e paragem.
e) Frmula de Valibouse
V0 =
T k HM Hm 4 H M + H b Qm
(litros )
63
T - Tempo de durao de um ciclo (minutos); HM - Presso mxima de paragem em bar; Hm - Presso mnima de arranque em bar; Ha - Presso atmosfrica T - Tempo mnimo entre dois arranques da mesma bomba K - Coeficiente de segurana (K=1,2 em geral); Qm - Caudal mdio (litros/minuto) f ) Clculo considerado uma pr-compresso arbitrria
Fig. 25 - Bomba a aspirar da rede com reservatrio de compensao
Na figura 25, mostra-se um reservatrio intercalado entre a rede exterior e os grupos de bombeamento, uma disposio em que se aproveita tambm a presso da rede, com a vantagem de no se provocar uma descida aprecivel da presso de aspirao durante o arranque das bombas.
Vu = 1,25
T Qm 4
Vt = Vu
(p a + 1) (p p + 1) (pi + 1) (p p p a )
Pi - Presso inicial de pr-compresso (bar); T - Tempo mnimo entre dois arranques consecutivos da mesma bomba. O exame da frmula diz-nos que o volume Vt do reservatrio proporcional s presses de arranque e paragem. H todo o interesse em pr-comprimir o reservatrio a uma presso vizinha da presso de arranque Pa e adoptar um diferencial de presso Pp-Pa to alto quanto possvel.
O arranjo da fig. 26 tem como principais vantagens uma separao hidrulica entre a rede exterior e a do edifcio, e a garantia de uma reserva de gua durante as interrupes do consumo.
Na fig. 24, apresenta-se um esquema com bomba a aspirar directamente da rede; uma soluo utilizada sempre que a presso disponvel na rede exterior aprecivel.
A fig. 27 representa uma instalao domstica tpica em meios rurais com utilizao de captao prpria.
64
Na concepo e dimensionamento destes sistemas pe-se com particular acuidade os aspectos que a seguir se referem e cujas razes justificativas decorrem do texto que se segue: segurana em servio; minimizao da potncia perdida para economia de energia; garantia de funcionamento nos perodos de caudal reduzido; conforto de utilizao com uma presso de utilizao praticamente constante. No estudo de um sistema por bombeamento directo deve comear por traar a curva caracterstica da rede. A curva traada em funo de um ponto de referncia R, arbitrado de tal modo que para qualquer valor de caudal, se assegura uma presso compatvel com o bom funcionamento de toda a rede do edifcio. Normalmente a curva caracterstica das redes dos edifcios tm um andamento parablico. Esta no a curva real fixada pelas caractersticas das canalizaes e aparelhos de consumo, mas sim, uma curva "ideal" que se pretende satisfazer. Na fig. 29, representam-se as curvas caractersticas de uma rede e de uma bomba. O ponto de funcionamento descrito pela curva C2, correspondente variao de consumo ao longo do dia, como se sabe, essa variao normalmente aprecivel. Suponha-se que o consumo se estabiliza no valor q correspondente ao ponto M de funcionamento da bomba (q, h). Observa-se que a bomba debita o caudal q a uma presso mais elevada dissipando em perdas uma potncia que pode ser considervel e cujo valor relativo apresentado pela razo dos segmentos MB/MA
A instalao da fig. 28 aplica-se em edifcios situados em locais em que a presso da rede exterior sofre grandes variaes dirias, funcionando a instalao apenas nos perodos em que a piezomtrica no suficiente para alimentar todos os pisos em perfeitas condies.
Nem sempre a zona de melhor rendimento da bomba corresponde a um bom rendimento da instalao.
65
Q2 N2 = Q1 N 1
H2 N2 = H1 N 1
N P 2 = 2 P1 N1
Na fig. 30 o rendimento da dissipao dado por RS/PS Resulta assim que, sempre que uma estao eleva directamente para a rede importante minimizar a potncia perdida o que pode ser conseguido adequando quer o nmero de bombas quer a sua velocidade. Por outro lado, para os menores consumos correspondentes s horas mortas, necessrio dotar a instalao quer de vlvulas reguladas para evitar que a presso ultrapasse valores indesejveis na rede, quer com um pequeno reservatrio hidropneumtico.
Na figura 31, mostram-se vrias curvas caractersticas de uma bomba com diferentes velocidades de rotao, como se pode observar, o rendimento praticamente no varia com a velocidade, por exemplo, para uma presso constante de 7,5 bar e uma variao de caudal entre 500 e 1000 m3/h corresponde uma variao do rendimento mximo compreendido entre 70 e 80 %.
rpm rpm
rpm rpm
rpm
rpm
rpm
66
A presso a ser mantida na conduta de compresso assim: Pdescarga= H1+H aspirao mnima = H2 +H asp. mxima pois a Pdiferencial = Pdescarga Haspirao
Para o efeito, diversas situaes so praticveis tais como: - Conjugar vrias bombas de velocidade fixa com uma ou duas de velocidade varivel que serviro para ajustar o ponto de funcionamento da instalao s exigncias de caudal e presso da rede; - Instalar todas as bombas com velocidade varivel, rodando sempre sincronizadamente. - As bombas com velocidade varivel tm um limite mnimo de velocidade abaixo da qual no produzem caudal presso pretendida.
Na fig. 32, onde as presses H1 e H2 so diferenciais, a manuteno da presso da descarga traduz-se por rectas horizontais por C e por E e uma infinidade de, outras compreendidas entre essas, para situaes intermdias. Os pontos C e F (fig. 32) so os pontos crticos de operao das bombas, o que pode traduzir-se no seguinte: - Com todas as bombas em funcionamento na rotao mxima, as bombas devero debitar o caudal Qmx presso H1 (ponto C); - Com apenas uma bomba em operao presso mnima, a bomba dever recalcar o caudal Qmin presso H2 (ponto F). Como as bombas operam a maior parte do tempo com valores mdios de caudal e presso de aspirao, o ponto de funcionamento com o caudal mximo de cada bomba (Qmx) e altura manomtrica mxima (H1) dever situar-se direita da zona de maior rendimento (fig. 33).
Controlador Controlador
Fig. 34
O transdutor de presso emite um sinal de 0-20mA, 4-20mA ou 0-10V, proporcional presso medida. Existe um controlador que compara o sinal medido, com o valor ajustado, que foi pr-programado, por sua vez, este ir controlar o variador de frequncia da seguinte maneira: - Se Pmedido < Pajustado emitida ordem de acelerao. - Se Pmedido > Pajustado emitida ordem de desacelerao. - Se Pmedida = Pservio a velocidade mantm-se constante. Independentemente do caudal requerido, a instalao funciona de modo a manter a presso constante. A presso de servio pode ser materializada no controlador por uma recta horizontal ao longo da qual se desloca o ponto de funcionamento da instalao (fig. 35).
67
Bomba 1 Variao de velocidade Aumento do consumo Acelerao da bomba 1 Bomba 1 velocidade mxima Pmedida < Pajustada
No instante t, as torneiras fecham-se, o consumo diminui e a caracterstica da instalao vai de R para R'. O ponto de funcionamento altera-se de M para M1. logo: PM1 > Pajustada significa desacelerao at que Pmedida = Pajustada A velocidade de rotao da bomba diminui e a curva de funcionamento das bombas passa a ser P' e o ponto M1 desloca-se para M2. Se o consumo aumentar (fig. 36), a curva da rede R altera-se para R' e o ponto de funcionamento evolui de M passa para M1.
Arranque da bomba 2 de velocidade fixa A velocidade da bomba 1 diminui e ajusta-se at Pmedida = Pajustada
Fig. 36
Fig. 37
Se a velocidade da bomba em variao atingir o valor mnimo ou mximo, arranca ou pra uma das bombas de velocidade fixa. O que se descreveu pode representar-se no esquema ao lado.
Na prtica, acelera-se a bomba de velocidade varivel at se verificar um ligeiro excesso de velocidade da ordem de 52 a 55 Hz, a que corresponde um ligeiro aumento de caudal. Com efeito, se a bomba de velocidade varivel for alimentada a 50 Hz no mximo, obter-se-, independentemente do nmero de bombas em funcionamento:
68
Poder ser obtido um caudal compreendido entre Q1 e Q'1 quer com uma ou duas bombas em funcionamento. Se optarmos por esta soluo em que se admite um acrscimo da velocidade da bomba, deve calcular-se a potncia absorvida ao seu veio, para evitar uma sobrecarga no motor, por exemplo; 10 % de velocidade em excesso, representa cerca de 33% de potncia suplementar. As principais vantagens relacionadas com a utilizao da variao de velocidade em sistemas de pressurizao so: - Pode satisfazer-se um consumo aleatrio, compreendido entre 0 e Qmx, atravs da variao da velocidade de uma das bombas, associada ao nmero de bombas, assim como um funcionamento contnuo, sem arranques ou paragens, enquanto no se verificarem alteraes de caudal. - Esta regulao garante uma presso perfeitamente constante, independentemente do caudal, dentro do tempo de funcionamento admissvel. - Sendo assegurada a cobertura de todos os caudais, o depsito hidropneumtico poder ser de dimenses reduzidas. Enquanto que, com uma instalao de velocidade fixa, controlaramos apenas um parmetro a presso ou o caudal, na variao de velocidade controlamos ambos, o que oferece uma soluo adequada para os seguintes problemas: Cobertura constante de todos os caudais; Volume do depsito hidropneumtico reduzido; Nmero de arranques dos motores das bombas; Presso constante; Economia energtica. Na realidade, as centrais hidropneumticas de velocidade varivel encontram-se frequentemente equipadas com um depsito de volume reduzido, embora este acessrio seja dispensvel, a sua insero tem como vantagens, assegurar a manuteno da presso na instalao quando todas as bombas se encontram paradas e absorver as variaes de presso gerada em regime transitrio, correspondente manobra dos rgos da rede e assegurar os consumos reduzidos. Evita-se o funcionamento contnuo com uma bomba velocidade mnima, quando o consumo tende para zero, introduzindo um sistema de paragem debitomtrica da bomba de velocidade varivel, no sendo necessrio manter-se o seu funcionamento prolongado em condies pouco prprias, para se garantir a presso do sistema. Observa-se que se a instalao compreender bombas de grandes dimenses e for necessrio garantir-se um caudal mnimo sem vibraes dos grupos, o valor admissvel para
Q1 = Caudal mximo de 1 bomba com Velocidade Varivel Q'1 = Caudal mnimo com 2 bombas (1 com Velocidade Varivel + 1 com Velocidade Fixa) Q2 = Caudal mximo com 2 bombas (1 com Velocidade Varivel + 1 com Velocidade Fixa) Q'2 = Caudal mnimo com 3 bombas (1 com Velocidade Varivel + 2 com Velocidade Fixa)
Fig. 38 - Campo de variao de caudal com 3 bombas Qmx n = Q min n+1
Se o caudal consumido variar ligeiramente em torno de Q1 ou de Q2, em cada transposio destes valores, acontece o arranque ou a paragem de uma bomba de velocidade fixa, e da o risco do nmero mximo de arranques ser excedido. Se alimentarmos a Bomba de Velocidade Varivel, com uma frequncia de 53 ou 54 Hz, verifica-se:
Q = Caudal mximo de 1 bomba com Velocidade Varivel (55Hz) Q1 = Caudal mnimo com 2 bombas (1 com Velocidade Varivel + 1 com Velocidade Fixa) Q'2 = Caudal mximo com 2 bombas (1 com Velocidade Varivel 1 com Velocidade Fixa 55Hz) Q2 = Caudal mnimo com 3 bombas (1 com Velocidade Varivel + 2 com Velocidade Fixa) Q3 = Caudal mximo de 3 bombas (1 com Velocidade Varivel + 2 com Velocidade Fixa 55Hz)
Fig. 39 - Campo de variao de caudal s com 3 bombas, com acrscimo de rotao Qmx n > Qmin n+1
69
uma bomba velocidade mnima Nmin determina-se facilmente, com base no caudal mnimo admissvel velocidade nominal N pela expresso:
Q c = Q mnimo reduzido 2
Fig. 41
A presso j no medida sada do grupo sobrepressor, mas sim no local de consumo (fig. 42). O respeito da igualdade "Pmedida = Pajustada" assegura uma presso constante no ponto de consumo.
Fig. 42
Esta soluo interessante mas comporta determinados limites tcnicos e econmicos. A dificuldade da soluo, reside no transporte do sinal, devido ao: Custo do cabo; Passagem do cabo; Transmisso de um sinal de 4 - 20mA Pode encontrar-se esta soluo, em certas redes urbanas de distribuio de gua, onde so instalados captores de presso nos pontos mais nevrlgicos da rede. ii) Compensao das perdas de cargas
Fig. 40 - Perdas de carga antes da distribuio
A presso em B, denominada "presso disponvel", igual presso em A menos as perdas de carga (PA-h) (fig.43). Deve-se considerar o desnvel geomtrico, mas este tem um valor constante e independente do caudal. Este tipo de regulao no permite, assegurar aos utilizadores uma presso constante no ponto de consumo, apesar de existir um sistema de variao de velocidade.
As perdas de carga so integradas no algoritmo de controlo a fim de se obter uma presso constante no utilizador mais desfavorvel. o princpio da regulao manomtrica compensada. Apenas uma presso de controlo ajustada curva de perda de carga, (curva parablica) permite obter uma presso no utilizador perfeitamente constante, mas para tal, a regulao manomtrica, ser efectuada, atravs de um sistema de controlo complexo e, consequentemente dispendioso.
70
A - A presso de servio P = f (Q) A presso de servio j no um valor constante, mas sim varivel em funo do caudal. O controlador apropriado , sofisticado (fig. 43).
A medio do caudal ser efectuada por um caudalmetro electromagntico, que dispendioso, este operar em associao com o reservatrio hidropneumtico. Esta soluo que engloba um controlador sofisticado e um caudalmetro, dispendiosa, mas, em contrapartida, assegura uma presso constante nos utilizadores, no caso em que ocorrem perdas de carga na aspirao. No entanto, no oferece qualquer soluo para os problemas colocados pelas perdas de carga na tubagem de distribuio. Por exemplo, num edifcio onde existem perdas de carga importantes na coluna de distribuio, entre A e B (fig. 46), podero surgir os seguintes problemas: Se a presso for mantida constante em A, nos pisos superiores (em B) os utilizadores iro sofrer flutuaes de presso devido s variaes das perdas de carga. Se compensarmos as perdas de carga na coluna AB, pode eventualmente assegurar-se uma presso constante em B, independentemente do caudal, mas o mesmo no se verificar nos pisos inferiores. Em que nas horas em que o consumo elevado, estes pisos sofrem um acrscimo de presso de modo a compensar as perdas de carga entre A e B.
Fig. 43
Pode recorrer-se a uma compensao dita linear, o que constitui uma abordagem interessante, sendo contudo ideal uma compensao parablica, que fornea uma presso de servio perfeitamente coincidente com a curva de perdas de carga (fig. 44). Em funo do equipamento disponvel, a presso de servio ou programada, ponto por ponto, ou segundo uma equao matemtica correspondente.
Fig. 46 Fig. 44
B- A medio da presso insuficiente Com efeito, de acordo com o caudal de consumo, uma dada presso de servio poder ser considerada excessiva, correcta ou insuficiente. portanto, necessrio haver medio do caudal (fig. 45).
Somos igualmente confrontados com este problema nos repuxos de gua das fontes pblicas. Para se obterem jactos com a mesma altura, necessrio garantir a mesma presso em cada tubeira e, para tal, as perdas de carga nas condutas de alimentao, devero ser desprezveis. Por conseguinte, conclui-se que um dispositivo de regulao, por mais sofisticado que seja, no permite manter uma presso constante em todos os pontos de uma rede, em que ocorrem perdas de carga elevadas. importante ter presente as limitaes de cada sistema a fim de se evitarem erros e desiluses.
Medio do caudal Determinao da presso de ajuste em funo do caudal Valor do ajuste de presso
Medio da presso
Comando
Fig. 45
71
C - Determinao do ponto de ajuste A determinao da relao perda de carga/caudal no um processo complicado de se obter. Sabe-se que as perdas de carga quer sejam lineares ou singulares, so proporcionais ao quadrado do caudal: h = K x Q2 Assim, para se calcularem as perdas de cargas procede-se de uma das seguintes formas: - Calculam-se as perdas de carga correspondentes a um dado caudal, com a ajuda de bacos ou de tabelas. Este processo utiliza-se no desenvolvimento de um projecto para uma nova instalao. - Mede-se o caudal e a presso no prprio local, no caso de uma instalao j existente.
Fig. 48
Fig. 47
Banheira com esquentador Chuveiro (gua fria ou misturada) Sanita com autoclismo Sanita com vlvula de descarga Urinol com autoclismo automtico, no local Urinol com torneira individual Boca de rega de 20 mm
72
Torneiras a descarregar nas habitaes Nmero de torneiras instaladas 1a3 3 a 10 11 a 20 21 a 50 mais de 50 Em funcionamento simultneo 1 2 3 4 5
1 mtodo Leitura directa do baco 70 habitaes 18m3/h 2 mtodo Considerando o nmero de pontos de consumo de gua 70 banheiras x 2 torneiras . . . . . . . . . 140 x 0,35 l/s = 49 l/s 70 lavatrios x 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 x 0,10 l/s = 14 l/s
Presso disponvel necessria entrada das torneiras de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 bar Para vlvulas de descarga de urinol . . . . . . . . . . . . . . 1,0 bar Sabe-se que o caudal instantneo, dado por: Qreal instantneo = Qcalculado x K, em que K, o coeficiente de simultaneidade obtido:
70 bids x 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 x 0,10 l/s = 14l/s 70 lava-louas x 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 x 0,20 l/s = 28l/s 70 torneiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 x 0,10l/s = 7 l/s 630 torneiras 112 l/s
630 1 = 0,03987
K=
1 n 1
QD= 112 x 0,03987 = 4,46 l/s = 16 m3/h No caso de habitaes equipadas com vlvulas de descarga, estas devero ser calculadas parte, o respectivo coeficiente de simultaneidade diferente. Apresenta-se abaixo o quadro para estabelecimento dos caudais instantneos segundo o decreto lei n 23/95
Caudais Instantneos Dispositivos de utilizao Lavatrio individual Lavatrio colectivo (por bica) Bid Banheira Chuveiro individual Pia de despejo com torneira de 15 mm Autoclismo de bacia de retrete Urinol com torneira individual Pia lava-loua Bebedouro Mquina de lavar loua Mquina de lavar roupa Tanque de lavar roupa Bacia de retrete com fluxmetro Urinol com fluxmetro Boca de rega ou lavagem de 15 mm Boca de rega ou lavagem de 20 mm Caudais mnimos (l/s) 0,10 0,5 0,10 0,25 0,15 0,15 0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20 0,20 0,15 0,50 0,30 0,45
sendo n o nmero de torneiras. As torneiras de descarga funcionam apenas durante segundos, mas normalmente, no funcionam em simultaneidade com os outros aparelhos (ver tabela). de notar, que a frmula apresentada para a determinao do coeficiente de simultaneidade s vlida para habitaes. No caso de hospitais, hotis, ginsios, escolas, quartis, centros frias, impe-se um estudo para cada instalao especfica. Por exemplo, para um hotel, podemos adoptar como base de clculo 300 litros por dia e por quarto, repartidos por 3 horas de consumo (ou seja 100l/h de caudal instantneo por quarto). Nos centros de frias, ginsios ou parques de campismo, deveremos tomar em considerao a utilizao simultnea de todos os chuveiros. No existe uma regra universal e cada projectista basear-se- na sua prpria experincia. Exemplo Edifcio de grandes dimenses com 70 habitaes, compreendendo cada uma:
I
73
3.5.2.1.1 Altura geomtrica Desnvel geomtrico entre o nvel da bomba e do ponto de consumo mais elevado. Um valor utilizado na prtica de 3 m por piso a vencer, ou seja, a altura mdia de cada andar nos edifcios recentes. No caso de prdios muito altos ou de edifcios antigos, deve ser determinada a sua dimenso exacta. 3.5.2.1.2 Perda de carga Como valor expedito, pode considerar-se cerca de 10 % da altura geomtrica. Para a sua determinao rigorosa, dever ser realizado o clculo das perdas de carga nos diferentes troos da coluna com base em equaes apropriadas, ou bacos de perdas de carga. perda de carga contnua, devero ser adicionadas as perdas nas singularidades tais como curvas, vlvulas, etc.
Fig. 49 - Caudais de clculo em funo dos caudais acumulados
Quadro - Nmero de fluxmetros em utilizao simultnea Nmero de fluxmetros Instalados 4 a 12 13 a 24 + de 24 Em utilizao simultnea 2 3 4
3.5.2.1.3 Presso disponvel a presso mnima que dever estar disponvel no dispositivo mais elevado ou no ponto mais desfavorvel. Deve ser da ordem de 1,5 bar em locais de habitao. Exemplo prtico Tomando como exemplo, um edifcio de 10 andares, teramos: Hg = 30 m (10x3 m) Pd = 15 mca h = 3 mca ( 10 % de Hg) Logo, ser necessrio prever uma presso de descarga de: Pdesc = 30 + 15 + 3 = 48 mca = 4,8 bar 3.5.2.1.4 Presso de aspirao Depende do tipo de ligao existente. a) Ligao rede de abastecimento municipal (figura 51)
Hg
hasp - Perda da carga entre a rede de abastecimento municipal e a boca de entrada das bombas
74
Prede- Presso mnima na rede de abastecimento de gua Hasp - Desnvel geomtrico da bomba em relao rede (sinal +, se a bomba estiver instalada abaixo da rede de abastecimento, sinal - no caso contrrio) Constata-se frequentemente que a presso de aspirao da mesma ordem de grandeza da presso na rede. Por exemplo: Prede = 2 bar; Hasp = 1 m (bomba instalada 1 m acima do nvel da rede); hasp = 1 mca; Logo, Pasp = 20 - 1 - 1 = 18 mca subtraindo presso de descarga calculada, temos: Hmt = 48 - 18 = 30 mca. Conclui-se que a central hidropneumtica dever vencer uma altura manomtrica Hmt de 30 mca
No caso da central funcionar com aspirao negativa, cada bomba dever possuir a sua prpria tubagem de aspirao, excepto se a instalao estiver equipada com um colector de aspirao especialmente estudado para o efeito. Exemplo (com Pdesc = 48 mca. calculado previamente) Caso 1. Aspirao em carga (positiva) Hasp = + 2 mca. hasp = 0,5 mca. Pasp = 2-0,5 =1,5 mca. Hmt = Pdesc- Pasp= 48 - 1,5 = 46,5 mca Caso 2. Aspirao negativa Hasp = -1,5 m hasp = 0,5 mca. Pasp = -1,5 - 0,5 = - 2 mca. Hmt = Pdesc - Pasp = 48 - ( - 2 )= 50 mca.
75
76
77
78
4.1 Introduo
O comportamento das condutas elevatrias, grupos electrobomba e dispositivos de proteco em regime transitrio, pode ser analisado por clculo automtico utilizando o mtodo das caractersticas. A aplicao do mtodo, obriga a que se disponha da seguinte informao: Perfil do sistema de condutas; Dimetro das condutas e respectivo material; Caudal e presso de funcionamento; Limites de funcionamento admissveis; Integrao noutros sistemas; Outras particularidades do sistema em anlise; O perfil da conduta elevatria permite-nos visualizar o seu desenvolvimento, identificar os pontos crticos e os locais apropriados para instalao dos equipamentos de proteco. As linhas piezomtricas de funcionamento em condies estacionrias podero ser representadas, de forma a determinar-se facilmente a presso de operao em cada ponto da conduta. Com base nas condies de funcionamento do sistema e das falhas esperadas, paragem e arranque de grupos electrobomba, fecho de vlvulas, variaes de velocidade de escoamento, etc. Calculam-se as depresses e sobrepresses que ocorrero em regime transitrio, e traam-se as respectivas envolventes no perfil da conduta de forma a determinarem-se os pontos em que ocorrem presses inferiores presso de vapor, com consequente separao das colunas de lquido ou presses excessivas, superiores presso admissvel para o material das condutas. O programa de clculo do regime transitrio em condutas complexas para bombas CR, calcula para pequenos intervalos de tempo e num grande nmero de pontos ao longo do sistema, o valor da presso, a velocidade de escoamento, nveis de gua, volumes aspirados e descarregados de reservatrios, tempos de paragem de grupos electrobomba, comportamento das condutas durante a paragem e arranque dos grupos electrobomba com arrancadores suaves, durante manobras de vlvulas, etc. Isto permite-nos seleccionar os mtodos de proteco mais adequados e assumir dimenses para incio de clculo. O clculo realizado por tentativas, com determinao das presses extremas ao longo da conduta at se encontrarem valores aceitveis e seguros.
Observa-se que o sistema dever ser testado depois de implementado, uma vez que os clculos se baseiam em modelos matemticos, que como no podem deixar de ser, tm sempre um grau de hipteses simplificativas.
79
A equao da continuidade diz que a diferena entre o volume de lquido que sai e entra no volume de controlo igual variao do volume de controlo e do fluido devida alterao da sua densidade. As equaes tm como base as seguintes consideraes: O escoamento unidimensional e desta forma a velocidade e a presso so constantes em cada seco transversal da conduta. O comportamento do material das paredes da conduta e do fluido linear e elstico. Mesmo durante o regime transitrio, o clculo das perdas de carga feito com base na equao de Colbrook-White aplicada em regime estacionrio. O elemento convectivo da equao da quantidade de movimento desprezado. As duas equaes so: Equao do movimento L1: g.Hx + Vt + 2.D Equao da continuidade L2: Ht + a2 g x vx = 0 (2) vv = 0 (1)
Com:
H - altura manomtrica v - velocidade de escoamento - coeficiente de atrito da conduta D - dimetro interior do tubo g - acelerao da gravidade a - velocidade de propagao das ondas de presso (celeridade)
Os ndices caracterizam as variveis independentes das derivadas parciais, sendo x (ao longo do eixo da conduta) e t (no tempo), por exemplo:
(1) - Linha piezomtrica (2) - Nvel de referncia
Hx =
H x
A equao do movimento deduz-se da segunda lei de Newton, aplicada a um pequeno volume de controlo tal como o representado na figura 2.
O mtodo das caractersticas consiste na transformao destas duas equaes diferenciais parciais em duas equaes diferenciais comuns equivalentes que podem ser integradas numericamente ao longo de determinadas curvas no plano x; t, designadas como curvas de equaes caractersticas ou simplesmente curvas caractersticas.
80
Para este propsito as equaes (1) e (2) so combinadas numa equao linear L1 + .L2 = 0, em que inicialmente o valor do factor escolhido arbitrariamente assim resulta: g a2 x v x|v| (Hx x + Ht) + (vx x + vt) + =0 (3) g 2xD Para dois valores reais de , diferentes e aleatrios, a equao (3) resulta em outras duas equaes que so equivalentes s equaes originais (1) e (2). Para uma escolha adequada dos valores de , possvel simplificar a equao 3. v = v(x,t) e H = H(x,t) so funes de duas variveis independentes x e t cujas derivadas totais podem ser apresentadas da seguinte forma: dv = vx.dx + vt.dt dH = Hx.dx + Ht.dt Dividindo ambas as equaes por dt resulta: dx dv + vt = vx. dt dt dH dx = Hx. + Ht dt dt (4) (5)
Com a escolha adequada do factor as duas equaes diferenciais de derivada parcial (1) e (2) so transformadas em duas equaes diferenciais ordinrias totalmente equivalentes (11) e (13), sendo cada uma somente vlida ao longo da curva caracterstica, no plano x, t, determinadas pelas equaes (12) e (14). Estas curvas caractersticas, no caso particular da celeridade ser considerada constante, transformam-se em linhas rectas de gradiente +a e -a. As curvas representam fisicamente, a propagao de perturbaes (ondas de presso) ao longo do plano x, t. Para a resoluo numrica das equaes (11) e (14) divide-se a conduta em N partes iguais de comprimento x (figura 3).
(6) (7)
Os termos entre parntesis da equao (3) comparam-se com os termos direita das equaes (6) e (7) pelo que teremos: dx g dx .a2 = e = (8) dt dt g A equao (3) pode ser escrita como uma equao diferencial ordinria: dH dv x v x|v| + + =0 (9) dt dt 2xD A equao (8) d-nos os dois valores necessrios para : g (10) =+ a Para cada valor da equao (10) obtm-se a partir das equaes (9) e (8) uma equao diferencial ordinria (chamada equao da compatibilidade) e a respectiva equao da curva caracterstica ao longo da qual ela poder ser integrada: g dH dv x v x|v| x + + = 0 (11) a dt dt 2xD dx =+a dt
No intervalo de tempo t = x/a, a equao (12) representa uma linha diagonal de uma grelha com um gradiente positivo (i.e. AP) e a equao (14) tambm representa uma linha diagonal da mesma grelha mas com um gradiente negativo (i.e. BP). Se os valores de v e H forem conhecidos nos nodos A e B da grelha, as equaes (11) e (13), podem ser integradas entre os pontos A e P e B e P respectivamente e desta forma obtm-se duas equaes para a determinao das duas incgnitas v e H no ponto P. Se a equao (11) for multiplicada por a. dt / g = dx / g e se a velocidade v substituda pelo quociente entre o caudal Q e a seco recta da conduta A obtm-se uma equao com uma forma adequada para integrao ao longo da caracterstica C+.
H
(12)
} }
dH +
A
a x gxA
Q P
Q A
dQ +
2xgxDxA
2
Qx|Q| x dx = 0
A
(15)
c+
Em geral, suficiente uma aproximao do primeiro grau para a determinao do ltimo termo (exceptuam-se os casos em que o termo do atrito dominante tal como no caso de escoamento de leos muito viscosos). Resolvendo a equao (15) resulta: a x x Hp - HA + x (QP - QA) + x QA x |QA| = 0 (16) gxA 2 x g x D x A2
c-
81
De maneira semelhante obtm-se uma segunda equao pela integrao da equao (13) HP HB a x x x (QP - QB) 2 x QB x |QB| = 0 (17) gxA 2xgxDxA
Com ajuda das equaes (16) e (17) as duas incgnitas Hp e Qp podem ser facilmente determinadas. No clculo do sistema durante o regime transitrio, os valores iniciais nos nodos da grelha so os valores de Q e H em regime estacionrio quando t = 0. Os valores de todos os pontos no interior da grelha (P) so determinados no instante seguinte t = 1 x t pela resoluo simultnea das equaes (16) e (17). Com base nos ltimos valores de Q e H calculam-se novos valores para o instante t = 2 x t e assim sucessivamente. Este procedimento aplica-se apenas para a determinao dos pontos interiores da grelha, porque em cada extremidade da conduta apenas se tem uma nica condio de compatibilidade, no incio da conduta aplica-se a equao (17) e no fim a equao (16) de acordo com a figura 3.
O tratamento explcito das condies de fronteira, permite a sua fcil modificao ou substituio (introduo de um dispositivo de proteco), quer seja pela mudana dos dados iniciais (i.e. alterao do volume de ar num RAC) quer por substituio do seu modelo matemtico (mudana de subrotina de clculo), permanecendo o resto do programa inaltervel. Esta forma de se dimensionarem os dispositivos de proteco, muito mais fcil e poderosa do que a que se realiza pelo mtodo grfico aproximado desenvolvido por SCHNYDER/BERGERON, pelo que permite a optimizao da dimenso dos dispositivos utilizados. O mtodo das caractersticas, pode ser associado a tcnicas de interpolao, e desta forma ser aplicado para o clculo de sistemas complexos constitudos por vrias condutas e vrias condies de fronteira.
Desta forma necessrio dispor-se de uma condio de fronteira em cada extremidade, ver figura 4 para clculo dos valores a desconhecidos QP e Hp. Isto poder ser realizado por: Atribuir um dos dois valores de fronteira, que substitudo na equao de compatibilidade vlida para esta fronteira permite calcular o outro valor (i.e. a cota de descarga num tanque colocado na extremidade de jusante da conduta Hp = Cte permite determinar o valor de QP pela equao 16). Ou introduzindo uma relao funcional Q = f(H) a qual permite em conjunto com a equao da compatibilidade aplicada a essa fronteira determinar Qp e Hp (i.e. a equao da curva caracterstica de um ou vrios grupos electrobomba em conjunto com a equao (17) permite calcular os valores Qp e Hp) A preciso e o tratamento explcito das condies de fronteira (isto significa um tratamento independente dos pontos interiores), representam as vantagens mais importantes do mtodo das caractersticas.
A distribuio da velocidade e de presso, uniforme nas seces transversais da conduta; As perdas de carga unitrias so iguais s de um escoamento uniforme com a mesma velocidade mdia, admitindo-se que este se mantm puramente turbulento; Os termos convectivos das equaes da continuidade e da dinmica so desprezveis; O comportamento reolgico da gua e do material das condutas elstico e linear; O eixo das condutas imvel e desprezam-se as foras de inrcia do invlucro; A altura cintica do escoamento na conduta desprezvel face altura piezomtrica. Os intervalos de tempo e os comprimentos dos trechos de clculo considerados, obedecem condio de estabilidade do mtodo de clculo (nmero de Courant Cr = at/x <1), tendo a compatibilizao entre os intervalos de tempo nos diferentes troos de conduta, sido efectuada com recurso interpolao entre as condies do escoamento em seces de clculo consecutivas.
82
Com os coeficientes D, E e F determinados de forma semelhante aos anteriores. RESERVATRIOS DE AR COMPRIMIDO A principal funo dos RAC consiste em evitar a ocorrncia de depresses na conduta, sendo as sobrepresses consequentes automaticamente atenuadas. Na modelao da variao do volume de ar no interior dos RAC, considerou-se a equao: PV1,2 = Cte Sendo P a presso absoluta no interior e V o volume de ar. Admitiu-se a verificao em cada instante da equao da continuidade na derivao para os RAC e da igualdade das cotas piezomtricas no interior do RAC e no ponto de derivao da conduta. VLVULAS DE ALVIO As vlvulas de alvio destinam-se a limitar as sobrepresses nas condutas a valores previamente regulados e so aplicadas em complemento aos RAC, ou quando apenas se verificam sobrepresses em regime transitrio. OUTRAS CONDIES DE FRONTEIRA Todas as restantes condies de fronteira, tais como alteraes das caractersticas da conduta e da descarga no reservatrio, foram modeladas atravs da considerao da equao da continuidade e da constncia das cotas piezomtricas.
83
Outras razes que limitam a aplicao de volantes de inrcia so econmicas e dimensionais. A sua aplicao est em geral limitada a condutas com uma extenso at 2000 m, com perodos curtos, em que o tempo de anulao de caudal durante a paragem da bomba suficientemente longo, para que as ondas de presso transitrias sejam mantidas dentro de limites aceitveis.
Fig. 6 - Alterao da envolvente das presses mximas numa conduta protegida com vlvula de reteno.
O dimensionamento de um volante de inrcia simples, basta aumentar a inrcia do conjunto de bombeamento e recalcular o comportamento do sistema.
hP1 = hR
(18)
hP2 = hS
(19)
84
Estes dispositivos muito divulgados, tm como principais vantagens a sua simplicidade, facilidade de aplicao e controle, fiabilidade e disponibilidade no mercado. Encontram-se disponveis correntemente no mercado reservatrios de membrana com capacidades at 2 m3. Por encomenda podem obter-se reservatrios com capacidades superiores e reservatrios sem membrana de qualquer capacidade. Como desvantagens pode-se referir a necessidade de haver um controlo apertado da massa de gs, o que exige a aplicao de compressores isentos de leo (compressores hospitalares) no caso de grandes reservatrios e de dispositivos de controlo automtico, a possibilidade de fecho violento das vlvulas de reteno dos grupos de bombeamento, o custo em geral elevado, principalmente dos reservatrios de grande capacidade e a exigncia de manuteno. Uma tcnica analtica de clculo, consiste na combinao de uma anlise em regime quase estacionrio do funcionamento do reservatrio, com um tratamento em regime transitrio do sistema de condutas. A passagem da onda de presso transitria atravs do reservatrio, no considerada no modelo de clculo, mas ela praticamente atenuada e o seu valor trivial. No incio do clculo, a altura do lquido no interior do tanque ter de ser conhecida, assim como a energia potencial na seco de ligao do reservatrio conduta. Estes valores so designados por hti e hpi respectivamente. A presso do gs no interior do reservatrio estabelecida em termos de uma coluna de lquido equivalente hgs. hgsi = hi zt hb hti (20)
Uma vez que a presso absoluta na seco de ligao hi (hi = hp no instante anterior), hgasi representa a presso absoluta do gs. Considerando pela equao da continuidade: A1 vp1 + A2 vp2 dht t A1 vp1 = At + A2 vp2 ht = dt At
d2t.
A altura do lquido no interior do reservatrio no final do intervalo de tempo t dada por, ht2 = ht1 + ht (21)
em que ht1 a altura do lquido no incio do intervalo de tempo t e ht2 no fim. Aplicando a equao PVn = Cte correspondente aos processos politrpicos aplicados a um gs perfeito, a presso do ar no interior do reservatrio passa a ter o valor de, hgas2 = h ( ll h )
t t1 t t2 n
x hgas1
(22)
O expoente da transformao politrpica do ar no interior do reservatrio poder variar entre 1 correspondente aos processos isotrmicos, e 1,4 nos processos adiabticos. Como em geral o volume de clculo do reservatrio varia 10% quando se varia o expoente entre 1 e 1,2 recomenda-se a utilizao para o expoente politrpico n o valor de 1,2. Com hgas2 determinado, calcula-se hp por hp = hgas2 + zt + hb + ht2 (23)
Fig. 8
It - altura do reservatrio dt - dimetro interior hb - altura da base do reservatrio zt - cota de insero do RAC na conduta
Substituindo o valor de hp nas equaes caractersticas + C- (16) e C (17) calculam-se facilmente os valores de vp1 e vp2. Com estes valores determina-se o volume de gua admitido ou expulso do reservatrio durante o intervalo de tempo t e consequentemente a variao de nvel do lquido no interior do reservatrio.
85
Na anlise do comportamento do sistema, durante a paragem de uma bomba dever verificar-se se a presso de jusante se mantm superior de montante. Quando tal no se verificar, substitui-se a condio de fronteira correspondente bomba por uma simples juno. Ou seja, as duas equaes caractersticas so resolvidas para se determinar o caudal e a presso, sem que a equao que modela a bomba esteja presente. Na modelao, dever incluir-se um termo separado para quantificar a perda de presso (energia) na vlvula de reteno. Assim, aplicam-se as equaes. g (hP1 hR) + CR aR g g aS
(v
P1
vR) +
2 fR VR VR T =0 dR
(24)
(h
P2
2 fS VS VS T =0 dS
(25)
hP1 hP2 = k
Fig. 9 - Esquema de um circuito de desvio a um conjunto de bombeamento
VP1 =
Q A1
VP2 =
Q A2
Noutros casos em que o caudal transportado varivel, como por exemplo em condutas de transporte de gua potvel para abastecimento domicilirio e industrial, em que o volume de gua a transportar varia com a estao do ano, o dia da semana ou mesmo a hora do dia, quando o volume de gua que necessrio transportar for reduzido, algumas das estaes podero ser retiradas de servio, permanecendo outras em funcionamento, de forma a que o caudal debitado esteja de acordo com as necessidades. Nas estaes imobilizadas o escoamento far-se- atravs dos circuitos de desvio. Quando as bombas estiverem em operao, a vlvula de reteno impedir o escoamento da compresso para a aspirao. Tambm poder ser aumentada a capacidade de transporte, durante as horas de mximo consumo, de uma conduta com funcionamento por aco da gravidade pela intercalao de estaes elevadoras de presso (booster), colocadas em linha e equipadas com circuito de desvio. A estao poder no estar sempre em funcionamento e o escoamento dar-se- atravs do circuito de desvio, durante os perodos em que o escoamento for realizado pela aco da gravidade. O circuito de desvio poder desempenhar um papel de proteco da conduta, evitando as depresses no ramo de compresso. Quando ocorre uma paragem da bomba, haver uma queda de presso no ramo de compresso, se a presso cair a um valor inferior ao do ramo de aspirao, a vlvula de reteno abre-se e passar a haver escoamento de montante para jusante, limitando-se desta forma o abaixamento de presso. O valor da presso mnima ser assim superior ao que teria lugar se o circuito de desvio no existisse.
Estas equaes reduzem-se a uma equao quadrtica em Q. Esta aproximao despreza o escoamento que tem lugar atravs da bomba durante a sua paragem. Como em geral o caudal reduzido, o erro introduzido por esta simplificao desprezvel.
86
Substituindo o valor de hP nas equaes caractersticas C- e C+ calculam-se facilmente os valores de vP1 e vP2. Com estes valores determina-se o volume de gua admitido ou expulso da chamin durante o intervalo de tempo t e consequentemente a variao de nvel do lquido no interior da chamin. Antes de continuar o clculo dever verificar-se se a altura do lquido no interior da chamin positiva.
O dimensionamento de uma chamin de equilbrio compreende: O estudo do perfil da conduta para escolha do local mais adequado para a sua instalao. Clculo de seco transversal e de um eventual estrangulamento, para atenuao das amplitudes extremas de oscilao do plano de gua. Clculo estrutural. Na escolha do local para a sua instalao dever atender-se aos seguintes aspectos: Caractersticas topogrficas do terreno. Impacto da estrutura no ambiente. Amplitude das ondas de presso. Salvo casos especiais, as chamins so em geral constitudas por um tubo metlico, de beto armado ou escavado na prpria rocha, em que a velocidade do lquido no seu interior lenta. Para estes casos o modelo matemtico da condio de fronteira semelhante ao utilizado para o RAC. H = hP1 ha Uma vez que a presso absoluta na seco de ligao hp1, e ha representa a presso atmosfrica. Considerando pela equao da continuidade: ap1 vp1 = Ach dhch dt Ach a rea transversal da chamin Ach = 4 A altura do lquido no interior da chamin no final do intervalo de tempo t dada por: H2 = H1 + Hch em que H1 a altura do lquido no incio do intervalo de tempo t e H2 no fim. Com H2 determinado calcula-se hp por hP = H2 + ha + Ap2 vp2 hch =
Fig. 12 - Chamin de equilbrio desenho tipo da SABESP
Fig. 11
(a
p1
) t
87
O reservatrio parcialmente bidireccional, especialmente vocacionado para ser instalado em pontos altos, de condutas destinadas a transportar guas residuais. constitudo por um reservatrio construdo em polietileno de alta densidade e dotado de uma vlvula de reteno. A grande vantagem, apresentada por este dispositivo, a do lquido armazenado para proteco, no ficar em contacto com a atmosfera. Evita-se dessa forma a inquinao, no caso de gua tratada e a propagao de cheiros no caso de guas contaminadas. Outra vantagem, a de se dispensar o ramal de enchimento. A anlise deste dispositivo, semelhante da chamin de equilbrio, sempre que a cota piezomtrica no interior do dispositivo, for inferior cota da vlvula de reteno. Caso contrrio, a anlise semelhante de uma simples juno. Este dispositivo, admite o refluxo parcial de lquido ao tanque, o que no acontece no RUD, permitindo desta forma actuar tambm sobre as sobrepresses.
Devido sua concepo, o RUD permite a alimentao da conduta aquando a cota piezomtrica for inferior da superfcie livre do lquido, como a conduta continuar a ser alimentada, o tempo de anulao de caudal aumentado. Devido concepo do RUD, a altura piezomtrica na zona de ligao regulada pela cota da sua superfcie livre. Em regime permanente, o lquido armazenado no RUD e o que se encontra em escoamento na conduta, esto separados pela vlvula de reteno que se encontra fechada, assim, a altura piezomtrica na conduta no est em equilbrio com a massa de gua armazenada. Enquanto a altura piezomtrica na conduta for superior da superfcie livre do RUD, o clculo em regime transitrio na seco de ligao idntico ao de uma simples transio. A partir do instante em que as alturas se igualem a anlise passa a ser semelhante de uma chamin de equilbrio. Pelo descrito, conclui-se que o RUD s entra em funcionamento quando a altura piezomtrica na conduta for inferior da superfcie livre e que no h escoamento no sentido conduta RUD.
88
Anlise dos resultados de clculo O clculo inicial foi realizado considerando que os dois grupos bombeiam atravs da conduta sem qualquer proteco. Dos resultados do clculo efectuado, verificou-se que ocorre uma zona de depresso extensa (grfico 1) e que a sobrepresso subsequente tem um valor muito elevado, concluindo-se que era necessrio proteger a conduta com dispositivos adequados. Clculo final Em face do comportamento descrito para o sistema em regime transitrio, e aps vrias hipteses de clculo para os dispositivos de proteco, foi seleccionado um RAC associado a uma vlvula de alvio, dimensionados conforme o grfico 1. Se no se realizar esta associao, o volume RAC seria exagerado.
Resultados de clculo final Volume de ar m3 RAC Inicial 5,0 VLVULA DE ALVIO Mnimo 4,1 Mximo Adoptado 6,7 7,0
89
Meunier, M.; Puech, Ch. tude du functionement et du dimensionement des ballons dair anti-belier
Bulletin Technique de Gnie Rural, n. 124 CTGREF, Paris, 1978
Duarte, C. Exemplo de clculo de choque hidrulico com volante de inrcia pelo mtodo grfico de Bergeron.
Seminrio 238, Golpes de arete em condutas, LNEC, Lisboa, 1979.
Dubin, C.; Guneau, A. Dtermination des Dimensions caractristiques dun reservoir dair sur ume installation lvatoire.
La Houille Blanche, n. 6, 1955
Reis A. J.; Caldinhas A. O. Parecer sobre o dimensionamento de condutas metlicas sujeitas a sub presses
Universidade de Lisboa CEMUL
Roche, E. Protection des refoulements deaux uses. Rservoir anti-blier rgulation dair automatique.
TSM - LEau, Abril, 1978
Funel, C.; Chiari, A. Golpo dariete in condotte elevatorie. Attenuazione mediante volanti
Universit de Napoli, Instituti Idraulici, n. 242, Napoli, 1969
90
91
92
5.1 Introduo
Os sistemas de pressurizao representam por vezes custos no desprezveis no mercado da construo para habitao, sendo principalmente onerosos em grande parte dos sistemas industriais. Como qualquer investimento, a escolha dos elementos que constituem o sistema (construo civil, equipamentos, acessrios e os decorrentes da explorao) devem obedecer a consideraes de eficcia e economia. Estima-se que o elevado nmero de sistemas de bombeamento existentes a nvel mundial, nas suas mais variadas aplicaes (abastecimento pblico e predial de gua potvel; colecta, transporte e tratamento de guas residuais; instalaes de rega; industrial, etc.), consomem cerca de 20% da energia elctrica global (Europump, 2000).
Consumo mundial de energia elctrica
Outras Aplicaes (80%) Ou
O Europump, estabelecido em 1960, age como porta-voz dos 15 principais fabricantes de bombas e representa mais de 400 fabricantes. O Europump serve e promove a indstria europeia das bombas hidrulicas. O Departamento de Energia dos Estados Unidos, promove parcerias com indstrias e grupos de comrcio, para a implementao de sistemas de elevada eficincia de energia, energias renovveis, preveno da poluio e tecnologias para aplicaes industriais.
Trata-se portanto de um consumo significativo, principalmente numa altura em que a questo energtica assume um importante papel na economia nacional, mas tambm mundial. A correcta escolha de todos os componentes de um sistema de bombeamento apresenta-se assim como uma oportunidade para uma reduo nos custos globais da instalao, ao longo da sua vida til. A avaliao dos custos do sistema ao longo da sua vida til, pode ser realizado por vrias metodologias. Um dos grandes objectivos duma metodologia desta natureza dever ser o rigor e a iseno, pois s assim poder ser utilizada, no s para optar entre diferentes solues do mesmo fabricante, mas tambm servir para comparar solues de fabricantes diferentes. No presente documento optou-se por seguir a metodologia proposta pelas seguintes entidades: O Instituto Hidrulico (HI), fundado em 1917, a maior associao de produtores e de fornecedores da Amrica do Norte. Estabelece padres e organiza fruns para a troca de informaes tcnicas h mais de 80 anos.
93
Uma maior compreenso de todos estes pormenores constituir uma oportunidade para a reduo dramtica dos custos energticos, de explorao e de manuteno, factores determinantes no Custo do Ciclo de Vida (CCV) da instalao. A reduo e o desperdcio energtico representam ainda um papel importante em benefcios ambientais.
Sistemas de bombeamento - Custos globais
A anlise do CCV, quer em novos empreendimentos quer em remodelaes requer sempre uma avaliao de sistemas alternativos. Para a maioria de empreendimentos os custos energticos e/ou de manuteno dominaro os Custos do Ciclo de Vida. portanto de extrema importncia a forma precisa de determinar os custos energticos actuais, o escalonamento esperado nos anos vindouros, assim como os custos de mo-de-obra e dos materiais ao longo do ciclo de vida do equipamento. Outros custos como por exemplo os de paragens, desmontagem e desmantelao final do equipamento e os de origem ambiental, sendo de difcil quantificao, podem muitas das vezes ser estimados com base em dados histricos. Em alguns casos os custos de indisponibilidade podem ser mais significantes que os custos energticos ou de manuteno. Consideraes adicionais devero ser tomadas em relao s perdas de produtividade devido aos tempos de paragem.
Muitos sistemas so concebidos considerando apenas o investimento inicial, originando sistemas que apresentam grandes custos de manuteno e explorao. A crescente competitividade dos mercados nacionais e internacionais obriga a um esforo contnuo de modo a aumentar a competitividade. As empresas devem procurar solues que visem a reduo dos custos globais e o aumento dos rendimentos operacionais. A operao, principalmente no sector fabril, continua a merecer uma particular ateno como fonte de poupana de custos, especialmente pela via da minimizao dos consumos energticos e dos tempos de paragem da produo. Alguns estudos mostram que 30% a 50% da energia consumida pelos actuais sistemas de bombeamento podem ser poupados atravs da alterao dos controlos dos sistemas (Europump, 2000). Os sistemas existentes podem contribuir com uma maior fatia na reduo da energia consumida atravs da utilizao da metodologia do clculo do CCV por duas razes: A primeira porque existem pelo menos 20 vezes mais sistemas em operao do que os colocados anualmente em operao e, em segundo lugar porque muitos dos sistemas em operao possuem bombas ou controlos que no esto ajustados s necessidades actuais, talvez motivado pela grande evoluo tecnolgica verificada nos ltimos anos. Adicionalmente s razes econmicas para justificar a utilizao da metodologia do CCV, muitas empresas comeam a estar cada vez mais sensveis ao impacto ambiental nos seus negcios, e consideram o rendimento energtico como uma via contribuinte para a reduo de emisses de gases e deste modo preservar os recursos naturais.
(1)
Cci Cin Ce Co Cm
C pp Ca Cd
Custos iniciais (custos de construo civil, bombas, tubagens, acessrios, servios de apoio, etc.) Custo de instalao e ensaios (arranque e formao do pessoal) Custos energticos (operao do sistema incluindo controlos e quaisquer servios auxiliares) Custos de operao (mo de obra e superviso normal do sistema) Custos de manuteno e reparao (reparaes previstas e de rotina) Custos de paragens (perda de produo) Custos ambientais Custo de desmontagem e desmantelao (incluindo a restaurao ambiental do local e servios de destruio do equipamento)
94
Os pargrafos seguintes examinam cada uma das parcelas e levantam sugestes para a determinao de cada parmetro. Dever-se- ter em ateno que este clculo no inclui a anlise a custos de segunda ordem como por exemplo as matrias-primas consumidas no fabrico de produtos. Detalhando: Custos iniciais Este tipo de custos refere-se aos custos necessrios para a compra e instalao de equipamentos e obras de construo civil, necessrias ao arranque do sistema. Enquanto que nas restantes parcelas os custos associados a equipamentos electromecnicos so dominantes, neste o seu valor relativo pode vir diludo com o valor da construo civil. Este facto pode originar a que seja menosprezada a sua importncia final nos custos globais. determinante para estes custos o dimetro das tubagens e acessrios, a qualidade e fiabilidade do sistema seleccionado, os materiais utilizados, o seu comportamento com o fluido bombeado, os empanques instalados, os controlos integrados, etc. Estes detalhes, entre outros, podem originar custos iniciais mais elevados mas reduzirem o CCV de uma forma considervel. Os custos iniciais incluem geralmente os seguintes itens: Servios de Engenharia (estudos, projecto, desenhos, especificaes etc.); Processo de aquisio; Construo civil; Inspeco e testes; Peas de reserva; Formao; Equipamentos auxiliares para sistemas de vedao ou arrefecimento. Custos de instalao e ensaios Os custos de instalao e ensaios (arranque) incluem os seguintes itens: Fundaes (projecto, preparao, beto etc.); Ligaes de tubagens de processo; Ligaes elctricas e de instrumentao; Ligaes a sistemas auxiliares; Avaliaes e regulaes no arranque. Uma instalao completa dos equipamentos electromecnicos envolve requisitos de operao e manuteno que sero assegurados por pessoal com formao para operar o sistema. Os ensaios requerem uma especial ateno s instrues do fabricante para a execuo do arranque e operao. Dever ser seguida a lista de verificaes proposta pelo fabricante de modo a assegurar que os equipamentos e o sistema possam operar dentro de parmetros especficos.
Custos energticos O consumo energtico frequentemente uma das parcelas com maiores custos e geralmente domina o valor final do CCV, especialmente quando o tempo de operao das bombas ultrapassa as 2000 horas de operao / ano. O consumo energtico calculado atravs dos dados colhidos no projecto do sistema. Se as solicitaes ao sistema so constantes, o clculo simples. Se as solicitaes so muito variveis no tempo, ento dever-se- utilizar um registo horrio das necessidades para se efectuar o respectivo clculo. A frmula do clculo da potncia requerida a seguinte:
P (kW ) =
em que:
Q H c m
(2)
P Potncia (kW ) Peso especfico do lquido (kN/m3 ) Q Caudal (m 3 /s) H Altura manomtrica (m.c.a)
E (kWh ) =
(3)
Os custos energticos de servios auxiliares tambm devem ser includos. Estes custos podem ser referentes a circuitos de aquecimento ou arrefecimento de fluidos de processo. Nestes casos devem ser includos os custos do fluido, filtragem, circulao e/ou dissipao de calor etc. Os mtodos de clculo da energia so relativamente simples quando a bomba utilizada num nico ponto de funcionamento. A situao torna-se mais complexa com bombas em funcionamento paralelo ou se a bomba for utilizada com um conversor de frequncia. No funcionamento paralelo, devero ser efectuados clculos separados para os vrios pontos de funcionamento, aproximando em seguida os volumes bombeados ou horas de funcionamento relativos a cada um destes. Uma bomba com conversor de frequncia tem um nmero infinito de pontos de funcionamento. Outro factor de incerteza para o clculo do consumo de energia de bombas com conversor de frequncia o facto do rendimento geral do sistema ser difcil de calcular com exactido. Custos de operao Os custos de operao so os associados mo-de-obra relacionados com a operao do sistema. Estes podem variar muito dependendo da complexidade e funo do sistema. Por exemplo uma bomba instalada em ambientes corrosivos pode requerer verificaes dirias,
95
enquanto um sistema semelhante com outro fluido pode apenas necessitar de supervises limitadas. Uma anlise peridica das condies de funcionamento do sistema pode alertar os operadores para eventuais perdas de desempenho do sistema. Os indicadores de desempenho incluem alteraes em vibraes, temperaturas, rudo, consumo energtico, gamas de caudais, presso etc. Custos de manuteno e reparao O alcance da longevidade esperada para uma bomba, requer uma manuteno regular e eficiente. O fabricante aconselhar a frequncia e a natureza da manuteno peridica. Os custos dependem do tempo e da frequncia do servio, mas tambm dos custos dos materiais. O projecto pode influenciar estes custos por indicao especfica de alguns materiais, seleco dos componentes e mesmo da facilidade de acesso aos componentes a serem intervencionados. O programa de manuteno pode ser cumprido com menor frequncia mas com maior ateno aos detalhes ou com maior frequncia mas com intervenes mais simples. As maiores actividades requerem frequentemente a remoo da bomba do local de instalao para as oficinas. Durante esse tempo a unidade est indisponvel podendo haver perda total na produo ou um custo de substituio temporria. Estes custos podem ser minimizados por uma programao cuidada e atempada da paragem. O custo total da manuteno de rotina o resultado do produto dos custos por interveno pelo nmero de intervenes esperadas durante o ciclo de vida da bomba. Embora as avarias no possam ser previstas, podem ser estimadas estatisticamente pelo clculo do tempo mdio entre avarias. Custos de paragens e perdas de produo O custo de paragens imprevisveis e de perdas de produo podem ser uma parcela muito significativa no valor CCV e pode rivalizar com os custos energticos ou com os custos de peas de substituio. Na maior parte das vezes os custos de paragem so inaceitveis por representarem custos superiores instalao de um equipamento de substituio ou reserva. Se for utilizado um equipamento de reserva, o custo inicial ser mais elevado mas os custos de manuteno no programada incluiro apenas os custos da reparao. O custo de perda de produo ou de indisponibilidade podem ser considerados dependente do tempo de paragem e devem ser analisados para cada caso especfico. Custos ambientais O custo da destruio de fluidos contaminantes durante o tempo de vida de um sistema de bombeamento varia bastante dependendo da natureza do produto bombeado. Exemplos de contaminao ambiental podem incluir: destruio da caixa do empanque, bombeamento de
produtos corrosivos, uso de peas contaminadas etc. Os custos de infraco ambiental devero ser includos, sob o risco de representarem externalidades. Custo de desmontagem e desmantelao Na maioria dos casos, o custo da desmantelao de um sistema de bombeamento tem pequenas variaes em relao a diferentes concepes. Existem procedimentos legais e regulamentares para lquidos txicos, radioactivos ou qualquer outro tipo agressivo. Quando a destruio tem um custo demasiado elevado, o CCV torna-se particularmente sensvel vida til do equipamento. Custos totais do ciclo de vida Os custos estimados para as vrias parcelas depois de somadas permitem uma comparao das diferentes solues analisadas. Existem tambm factores financeiros a serem tomados em considerao no desenvolvimento do CCV. Estes incluem: Preos actuais da energia; Actualizao do valor anual da energia; Taxa de inflao; Taxa de juros; Vida til esperada para o equipamento. Adicionalmente o utilizador deve decidir quais os custos a incluir, tais como a manuteno, paragens, ambiental, destruio e outros custos importantes.
96
O dimetro da tubagem deve ento ser seleccionado com base nos seguintes factores: Economia da instalao (bombas e sistemas); Utilizao de velocidades econmicas, Considerar um dimetro interno mnimo quando se transportam lquidos com slidos; Considerar uma velocidade mxima de modo a minimizar a eroso na tubagem e acessrios; Considerar dimetros padro da tubagem em instalaes semelhantes. Diminuir o dimetro das tubagens tem os seguintes efeitos: diminuem os custos de aquisio de tubagens e acessrios da instalao; aumentam os custos da instalao da bomba e de operao em consequncia do aumento de perdas de carga, resultando a necessidade de motores com maior potncia; aumentam os custos de energia elctrica; aumentam os custos de operao em consequncia do maior consumo energtico devido ao aumento de perdas por atrito. Analogamente, alguns custos aumentam com tamanho crescente da tubagem como por exemplo os de aquisio, mas outros diminuiro. As tubagens devem assim ser dimensionadas por critrios de minimizao dos custos globais. O ponto de funcionamento de um sistema determinado pela interseco da curva da instalao e da curva caracterstica do equipamento de pressurizao como mostrado em Figura 3.
Um sistema pode necessitar de operar em diversos pontos de funcionamento, um dos quais determinar a escolha da bomba. Deve ser considerado com ateno a durao prevista para os diferentes pontos de funcionamento de modo a seleccionar correctamente o nmero de bombas a instalar e o comando e controlo. Os longos e fastidiosos clculos associados ao clculo das perdas de carga podem hoje, graas capacidade de processamento, ser substitudos por programas informticos, facilitando significativamente o processo de clculo.
97
c) Instalar um Variador de Frequncia (VF), e remover a vlvula de controlo; d) Manter o sistema actual, admitindo uma reparao anual da vlvula. Na figura 5 so apresentados os pontos de funcionamento associados a cada uma das solues.
Reservatrio
Reservatrio Pressurizado
A substituio da vlvula de controlo apresenta um custo de aquisio e instalao de 5000. Bomba Alterando o dimetro do impulsor para 375 milmetros, a carga total da bomba reduzida a 42.0 m e 80 m3/h. Esta perda de presso reduz a presso diferencial atravs da vlvula de controle em 10 m, aproximando a vlvula do ponto para que foi projectada. O custo de energia anual com o impulsor menor 6 720 por o ano, aos quais deve ser acrescentado 2 250 para alterar o impulsor, valor que inclui o custo de desmontar e remontar a bomba. Um variador de frequncia de 30 kW tem um custo de 20 000 , acrescidos de 1 500 Euros adicionais para a instalao e 500 anuais para manuteno. Espera-se que no seja necessrio nenhuma reparao nos 8 anos seguintes. Mantendo o sistema inalterado resultar num custo anual de 4 000 para reparao da vlvula. Na anlise do CCV efectuada utilizaram-se os seguintes critrios e suposies: O preo de energia actual actualmente 0.08 /kWh e a eficincia do motor de 90%; O processo operado em 80 m3/h em 6.000 horas/ano; O custo anual para a manuteno peridica das bombas de 500 por ano, com um custo da reparao de 2 500 cada segundo ano; Considerou-se o custo anual de manuteno peridica de um variador de frequncia de 500 /ano. No h nenhum custo de eliminao ambiental associada; Este projecto tem uma vida de 8 anos; A taxa de juro foi de 8% e uma taxa de actualizao de 4% esperado. Os clculos do Custo do Ciclo de Vida para cada uma das quatro opes so resumidos no Quadro 1.
O sistema apresenta problemas na vlvula de controlo (VC) que falha devido eroso causada pela cavitao. A vlvula tem apresentado avarias a cada 10 a 12 meses com um custo mdio de 4 000 EUROS por reparao. Est a ser considerada a substituio da vlvula existente por outra que possa resistir cavitao. Antes da troca da vlvula de controlo, foram consideradas outras opes e executada uma anlise de custo do ciclo de vida s solues alternativas. De modo a equacionar vrias alternativas analisou-se o actual funcionamento do sistema. Verificou-se que a vlvula de controlo opera actualmente com uma abertura de 15 - 20% e com um considervel rudo de cavitao. Parece que a vlvula no se encontra correctamente adaptada instalao. Aps a reviso dos clculos do projecto, descobriu-se que a bomba instalada estava sobredimensionada (110 m3/h em vez de 80 m3/h previstos), originando uma maior perda de presso atravs da vlvula de controlo do que inicialmente estimado. Em consequncia do grande diferencial de presso, a vlvula apresenta danos de cavitao em intervalos regulares, demonstrando que a vlvula instalada no apropriada para este processo. As seguintes opes foram estudadas: a) Substituir a vlvula de controlo de modo a suportar o grande diferencial de presso; b) Alterar o impulsor da bomba para reduzir a altura manomtrica;
98
QUADRO 1 - CUSTOS DE CICLO DE VIDA (CCV) DAS VRIAS SOLUES ESTUDADAS Alternativa A Investimento inicial () Custo da energia (/kWh) Potncia mdia absorvida (kW) Horas por ano Custo de energia () Custos de manuteno () Custos de reparao (cada 2 anos) () Outros custos anuais () Custos ambientais () Custos de desmantelao () Vida til (anos) Taxa de juro (%) Taxa de actualizao (%) Valor de CCV () 5.000 0,08 23,1 6.000 11.088 500 2.500 8 8 4 91.827 Alternativa B 2.250 0,08 14,0 6.000 6.720 500 2.500 8 8 4 59.481 Alternativa C 21.500 0,08 11,6 6.000 5.568 1 000 2.500 8 8 4 74.313 Alternativa D 0 0,08 23,1 6.000 11.088 500 2.500 4.000 8 8 4 113.930
A opo B, alterar o impulsor, tem o Custo do Ciclo de Vida mais baixo e apresenta-se como a soluo economicamente mais favorvel, com base nos pressupostos apresentados.
a) Elevar a gua para um reservatrio superior Nesta opo, dever ser instalado um reservatrio superior a uma cota que permita uma presso residual, no aparelho mais desfavorvel. Existe portanto um nico ponto de funcionamento como demonstrado na figura seguinte:
Altura Manomtrica
Caudal
Fig. 6
O funcionamento do sistema de pressurizao funcionar, por ciclos, em funo do volume do reservatrio superior. No final de um ciclo (dirio, semanal ou mensal) o volume de gua elevado ser igual ao volume de gua consumido. Para este sistema optou-se pela instalao de duas bombas do tipo "CR 15-5", cujas parcelas do CCV so apresentadas no quadro 3.
99
b) Instalar uma central hidropneumtica de velocidade fixa; Nesta soluo, a pressurizao ser realizada por ciclos, entre a presso mxima e mnima (estabelecida em funo do caudal provvel e a presso residual no aparelho mais desfavorvel). Consequentemente o caudal na rede variar entre os valores estabelecidos para arranque e paragem dos grupos. Neste sistema existe um conjunto de pontos de funcionamento, ao longo da curva caracterstica da bomba. Assim, existe uma variao nos caudais bombeados, conforme apresentado na figura 7. Optou-se pela instalao de uma central hidropneumtica de velocidade fixa do tipo "Hydro 1000" composta por trs bombas "CR 10-7". Os ciclos de funcionamento esto muito dependentes do consumo dos caudais na rede. Na anlise de custos considerou-se o seguinte perfil de carga: QUADRO 2 - PERFIL DE CARGA CONSIDERADO 1 Caudal (%Qp) Presso (%Pmx) Tempo (h) 100 100 150 2 75 100 300 3 55 100 450 4 35 100 900 5 12 100 1500
Nas figuras seguintes so apresentadas as possveis alteraes s curvas caractersticas da bomba e da instalao, relativamente s situaes anteriores. Em primeiro lugar, para a mesma altura geomtrica, a curva caracterstica da instalao variar por aumento do caudal (Fig 8a). Por outro lado, existindo por vezes desfasamento entre os consumos dos aparelhos de diferentes pisos, h variao do termo independente do caudal (a altura geomtrica), logo a curva caracterstica da instalao varia conforme demonstrado na figura 8b. H ainda a considerar que num sistema desta natureza, a velocidade de rotao da bomba pode variar, logo a curva caracterstica da bomba toma as formas apresentadas na figura 8c. assim possvel responder a uma grande variabilidade de situaes. O sistema de pressurizao consegue assim satisfazer um grande nmero de solicitaes ou leis de consumo, dentro dos limites impostos pelo equipamento electromecnico e pela instalao. Na figura 8d apresentado a gama de pontos de funcionamento admitida por este sistema. Trata-se portanto de um sistema com grande flexibilidade. Os gastos de energia so mais difceis de estimar porque a variabilidade real dos caudais tambm o . No presente exemplo foi estimado o mesmo perfil de carga definido para o sistema anterior. Trata-se de uma simplificao conservativa uma vez que em muitas situaes o consumo de energia ser inferior ao simulado.
b)
Fig. 7
c) Instalar uma central hidropneumtica com variador de frequncia, junto ao reservatrio inferior Neste sistema, embora de funcionamento mais simples, a anlise do sistema mais complexa uma vez que o bombeamento ser directamente efectuado para a rede de distribuio, acompanhando portanto as flutuaes de caudais verificados nesta.
Fig. 9
100
Na anlise do CCV efectuada utilizaram-se os seguintes critrios e suposies: Os custos dos equipamentos electromecnicos so valores mdios de mercado. O preo de energia actual 0.08 /kWh. Foi desprezado o custo da energia a diferentes horas do dia. O custo anual para reparao das bombas de 500 por ano. Os custos anuais de manuteno para as alternativas A e B so de 500 e 400 para a alternativa C.
No h nenhum custo de eliminao ambiental associada. Este projecto tem uma vida de 20 anos. A taxa de juro e a taxa de actualizao foram consideradas iguais a 3,5%; No foram considerados os custos associados construo do reservatrio superior. Os clculos do Custo do Ciclo de Vida para cada uma das quatro opes so resumidos no quadro 3.
QUADRO 3 - CUSTOS DO CICLO DE VIDA (CCV) DAS VRIAS SOLUES ESTUDADAS Alternativa A(*) Investimento inicial (*)() Custo da energia (/kWh) Consumo de energia (kWh/ano) Custo de energia (/ano) Custos de manuteno (/ano) Custo mdio de reparao (/ano) Outros custos anuais () Custos ambientais () Custos de desmantelao () Vida til (anos) Taxa de juro (%) Taxa de actualizao (%) Valor de CCV ()
(*) - "2xCR 15-5"; (**) -"Hydro 1000 C/S 3xCR 10-7";
Alternativa B(**) 5.900 0,08 8.066 654,3 500 500 20 3,5 3,5 38.806
Alternativa C(***) 9.850 0,08 6.154 492,32 400 500 20 3,5 3,5 37.696
5.990 + 2.000 0,08 5.655 452,4 500 500 20 3,5 3,5 37.038
(***) - "Hydro 2000 ME 3xCR 10-6"
Nesta anlise pode-se contactar que, com base nos dados e pressupostos utilizados, a alternativa C apresenta os maiores custos de primeiro investimento mas os menores em energia e manuteno. Situao inversa verificada na alternativa B. Embora no tenha sido considerado no presente clculo, a alternativa A pode apresentar problemas associados exequibilidade da construo do reservatrio cota pretendida, de salubridade e de sobrecarga na estrutura do edifcio. Pode-se ainda verificar que a parcela energia no desprezvel no valor final do CCV, uma vez que assume valores entre a mesma ordem de grandeza do investimento inicial (alternativa C) e o dobro do investimento inicial (alternativa B). Relativamente aos valores do CCV, os gastos de energia representa 24%, 33% e 26% para as alternativas A, B e C, respectivamente.
101
102
103
104
6.1 Introduo
Neste captulo apresentamos as vrias solues prticas com que os sistemas de pressurizao so comercializados pela Grundfos, integrando uma ou mais electrobombas, nas verses de velocidade fixa e velocidade varivel. Os sistemas de pressurizao, constituem um conjunto compacto e caracterizam-se por incorporar electrobombas e todos os componentes de controlo, de potncia e hidrulicos que permitem o seu funcionamento integral. Os controlos diferenciam os vrios sistemas de pressurizao permitindo ajust-los s exigncias da instalao, obtendo-se diferentes nveis de eficincia e fiabilidade de explorao. Nos exemplos apresentados so sempre referidas as electrobombas multicelulares verticais CR ou CRE, com variao de velocidade integrada, podendo porm ser utilizados outros tipos de electrobombas de superfcie ou submersveis.
Modo de funcionamento
No acto da instalao deve-se proceder regulao do pressstato em funo da presso de arranque e paragem pretendida. No existindo consumo de gua, o grupo electrobomba no funciona dado que o depsito est com uma reserva de gua, e consequentemente o sistema est sobre presso. Havendo necessidade de consumo, ser a reserva de gua existente no depsito sob presso que fornecer esta at presso de arranque do grupo electrobomba. O grupo electrobomba funcionar para que o depsito seja novamente enchido at atingir a presso de paragem pr-regulada.
Cdigo de identificao
Hydro100 Gama Grupo hidropneumtico Tipo grupo electrobomba Capacidade do depsito HP CR5-8 80
Diagrama de princpio
Diagrama de princpio
Depsito de Membrana
Pressstato
Manmetro
Contactor
Grupo electrobomba
Vlvula de Reteno
Vlvula de Seccionamento
Simbologia
DEPSITO
TUBAGEM
105
Modo de funcionamento
O depsito de membrana fornece gua a consumir desde que os grupos electrobomba estejam parados. Aps a presso descer abaixo do valor mnimo, o primeiro grupo electrobomba entra em funcionamento. Se o consumo de gua continuar a aumentar, mais grupos electrobomba arrancam em cascata at conseguirem fornecer o caudal necessrio para manter a presso dentro do intervalo regulado. Quando o consumo de gua diminuir, a presso na descarga aumentar e o controlador aps receber esta informao do pressstato, dar ordem de paragem dos grupos electrobomba.
Modo de funcionamento
Este sistema efectua o sistema de arranque e paragem por intermdio da regulao dos pressstatos em sistema de cascata. Assim que haja consumo de gua, o primeiro abastecimento efectuado pelo reservatrio. Quando a presso baixa at ao ponto de regulao, um dos grupos electrobomba arranca, se o consumo de gua continuar a aumentar, os restantes grupos electrobomba entram em funcionamento, em sequncia (um a um). Ao reduzir o consumo de gua, a presso de descarga sobe e os grupos electrobomba so desligados em sequncia inversa, assim que atingem as respectivas presses de paragem. O compressor arranca quando solicitado, apenas quando um dos grupos electrobomba comear a funcionar e seja detectado nvel mnimo no reservatrio, parando assim que atinja a presso pretendida.
Cdigo de identificao
Hydro100 HM Gama Central com depsito N. de grupos electrobomba Tipo do grupo electrobomba Capacidade do depsito 2 CR5-10 80
Diagrama de princpio
Para alm dos grupos electrobomba principais, tambm poder funcionar com uma electrobomba de baixo caudal com um grupo electrobomba auxiliar ( jockey).
VLVULA DE RETENO MANMETRO PRESSSTATO PORTA ELCTRODO VISOR DE NVEL CABOS ELCTRICOS QUADRO ELCTRICO VLVULA DE SECCIONAMENTO VLVULA DE SEGURANA
GRUPO ELECTROBOMBA
RESERVATRIO
TUBAGEM
COLECTOR
106
Diagrama de princpio
A central Grundfos Hydro 1000 mantm a presso praticamente constante atravs da activao ou desactivao de grupos electrobomba, dependendo das necessidades. O controlador CS 1000 altera a ordem de arranque aps a paragem dos grupos electrobomba. Desta forma o tempo de funcionamento distribudo entre os grupos electrobomba.
GRUPO ELECTROBOMBA
VLVULA DE RETENO
VLVULA DE SECCIONAMENTO
TRANSDUTOR DE PRESSO
MANMETRO
Cdigo de identificao
HYDRO 1000 Tipo Controlo arranque/paragem Nmero de grupos electrobomba Tipo de grupos electrobomba Capacidade depsito CS 3 CR10-6 300
Modo de funcionamento
Quatro grupos electrobomba iguais controlados atravs de pressstatos e um depsito de membrana.
Diagrama de princpio
GRUPO ELECTROBOMBA
VLVULA DE RETENO
VLVULA DE SECCIONAMENTO
TRANSDUTOR DE PRESSO
MANMETRO
107
Modo de funcionamento
Quatro grupos electrobomba idnticos com controlo por arranque/paragem, atravs dos contactores-arrancadores e depsito de membrana.
Diagrama de princpio
GRUPO ELECTROBOMBA
VLVULA DE RETENO
VLVULA DE SECCIONAMENTO
TRANSDUTOR DE PRESSO
MANMETRO
Modo de funcionamento
Um grupo electrobomba auxiliar com 50% da capacidade de um grupo electrobomba principal, trs grupos electrobomba principais idnticos, com controlo por arranque-paragem atravs dos contactores-arrancadores, depsito de membrana.
A central supressora Hydro 2000 MS mantm uma presso quase constante, atravs do comando, ligando ou desligando os grupos electrobomba, conforme as necessidades. A alternncia de funcionamento dos grupos electrobomba automtica, e depende da carga, perodo de tempo ou de avaria. A presso de paragem (Hstop) no pode ser configurada, pelo facto de ser determinada automaticamente.
Um grupo electrobomba principal e um grupo electrobomba auxiliar com 50% da capacidade do grupo electrobomba em funcionamento.
108
A central supressora Hydro 2000 MSH, mantm uma presso quase constante, atravs do comando ligando ou desligando o grupo electrobomba auxiliar dos grupos electrobomba principais, dependendo das necessidades. O grupo electrobomba auxiliar arranca sempre em primeiro lugar e pra quando um grupo electrobomba principal entra em funcionamento.
A alternncia entre os grupos electrobomba principais automtica e depende da carga, perodo de tempo ou de uma avaria. A presso de paragem (Hstop) no pode ser configurada, pelo facto de ser determinada automaticamente.
Cdigo de identificao
Hydro 2000 MSH 2 CR 20-6 + CR 10-12 PMU 80 L
Tipo de central Subgrupo: MS - MSH Nmero de grupos electrobomba principais Tipo de grupo electrobomba principal Nmero de grupos electrobomba auxiliares Tipo de grupo electrobomba auxiliar Painel de controlo do Controlo 2000: PMU: PMU 2000 PFU: PFU 2000 Depsito de membrana / Capacidade
Diagrama de princpio
GRUPO ELECTROBOMBA
VLVULA DE RETENO
VLVULA DE ISOLAMENTO
TRANSDUTOR DE PRESSO
MANMETRO
109
Modo de funcionamento
Diagrama de princpio
PRESSO DE PARAGEM
H
PRESSO DE ARRANQUE
Definida a presso de ajuste na caixa de controlo, o grupo electrobomba ir adaptar a sua velocidade ao consumo de gua requerido, mantendo uma presso constante. Quando o transdutor de presso detecta um valor abaixo do requerido (setpoint) a velocidade do grupo electrobomba aumenta at ao valor pretendido fazendo variar a presso num valor de 0,5 H acima, parando de seguida. Para um valor 0,5 H abaixo do setpoint, a electrobomba arranca satisfazendo o consumo. Para pequenos consumos (caudais reduzidos, fugas, etc.) ser o depsito de membrana que suprir estas necessidades evitando arranques, aumentando assim o rendimento do sistema. O valor H cerca de 10% do setpoint.
GRUPO ELECTROBOMBA
VLVULA DE RETENO
VLVULA DE SECCIONAMENTO
TRANSDUTOR DE PRESSO
MANMETRO
Cdigo de identificao
Exemplo Hydro Solo-E CRE 5-8 1 x 200-240 V
110
A central supressora Hydro 2000 ME mantm uma presso constante atravs da variao de velocidade dos grupos electrobomba ligados. O funcionamento do sistema regulado de acordo com as necessidades, atravs do ligar/desligar dos grupos electrobomba e do controlo paralelo dos grupos electrobomba em funcionamento. A alternncia dos grupos electrobomba automtica e depende da carga, perodo de tempo e de avarias.
Um grupo electrobomba com motor MGE e dois grupos electrobomba controlados por arranque/paragem em funcionamento.
Um grupo electrobomba auxiliar com motor MGE e grupo electrobomba principal em funcionamento.
A central supressora Hydro 2000 MEH, mantm uma presso constante atravs da variao de velocidade dos dois grupos electrobomba auxiliares com motores MGE, enquanto o grupo electrobomba principal controlado atravs de arranque/paragem. O grupo electrobomba auxiliar com motor MGE sempre o primeiro a arrancar.
A central supressora Hydro 2000 MES mantm uma presso constante atravs da variao de velocidade com motor MGE, enquanto os restantes grupos electrobomba so controlados por arranque/paragem, conforme as necessidades, alcanando deste modo um desempenho correspondente ao consumo. - O grupo electrobomba auxiliar com motor MGE arranca sempre em primeiro. - A alternncia dos grupos electrobomba automtica e depende da carga, do perodo de tempo e de avarias.
111
Cdigo de identificao
Hydro 2000 MEH 2 CR 45-2 + 2 CRE 32-2 PMU 300 L
Tipo de central Subgrupo: ME - MEH - MES Nmero de grupos electrobomba principais Tipo de grupo electrobomba principal Nmero de grupos electrobomba auxiliares Tipo de grupo electrobomba auxiliar Painel de controlo do Controlo 2000: PMU: PMU 2000 PFU: PFU 2000 Depsito de membrana / Capacidade
Diagrama de princpio
Um grupo electrobomba em funcionamento atravs do conversor de frequncia.
GRUPO ELECTROBOMBA
VLVULA DE RETENO
VLVULA DE SECCIONAMENTO
TRANSDUTOR DE PRESSO
MANMETRO
Um grupo electrobomba em funcionamento atravs do conversor de frequncia e dois grupos electrobomba que funcionam atravs da rede elctrica (arranque/paragem).
112
A central hidropressora Hydro 2000 MF, mantm uma presso constante atravs da variao contnua de um dos dois grupos electrobomba. Os restantes grupos electrobomba arrancam ou param dependendo das necessidades. O grupo electrobomba controlado pelo conversor de frequncia arranca sempre em primeiro lugar. A alternncia dos grupos electrobomba automtica e depende da carga, perodo de tempo ou de uma avaria. Todos os grupos electrobomba so alternadamente controlados atravs do conversor de frequncia.
Um grupo electrobomba auxiliar a 50% da capacidade em funcionamento atravs do conversor de frequncia e um grupo electrobomba principal que funciona atravs da rede elctrica (arranque/paragem).
A central hidropressora Hydro 2000 MFH mantm uma presso constante atravs da variao contnua de velocidade de um grupo electrobomba de 50% da capacidade e os restantes grupos electrobomba so atravs do comando ligado / desligado conforme as necessidades. O grupo electrobomba auxiliar, controlado atravs do conversor de frequncia, sempre o primeiro a arrancar. A alternncia dos grupos electrobomba automtica e depende da carga, perodo de tempo ou de uma avaria.
Cdigo de identificao
Hydro 2000 MFH 2 CR 45-2 + 2 CRE 32-2 PMU 300 L
Tipo de central Subgrupo: MF - MFH Nmero de grupos electrobomba principais Tipo de grupo electrobomba principal Nmero de grupos electrobomba auxiliares Tipo de grupo electrobomba auxiliar Painel de controlo do Controlo 2000: PMU: PMU 2000 PFU: PFU 2000 Depsito de membrana / Capacidade
no respeitante evoluo da presso e da potncia consumida na gama de caudais cobertos pelos sistemas, poder-se- apreciar nas folhas de teste anexas os diferentes comportamentos registados.
113
Al ur nom i t a nal Caudalnom i nal N. de Fases Fr equenci a Tenso Pot nci a Vel oc.Rot ao Tem per ur Am bi e at a ent Tem per ur da gua at a UW
( V)
m m 3/h
Hz V kW 1 i /m n. 1 8 3, C 1 5 2, C P1
( ) kW
Q
( 3/h) m
H
( ) m
F
( z) H
cos
phi
UU
( V)
UV
( V)
I R
( A)
I S
( A)
I T
( A)
0, 90 0, 93 0, 96 0, 96 0, 96 0, 96 0, 96 0, 97 0, 97
200
40
1 80
1 60
1 40 30 1 20
1 00 20 80
60 1 0 40
20
0 0 25 50 75 1 00 1 25 1 50 1 75
114
P1( ) kW
H( ) m
Al a nom i tur nal Caudalnom i nal N. de Fases Fr equenci a Tenso Potnci a Vel oc.Rot ao Tem per ur Am bi at a ente at a Tem per ur da gua UV
( V)
m m 3/h Hz V kW 1 i /m n. C C P1
( ) kW
Q
( 3/h) m
H
( ) m
F
( z) H
cos
phi
UU
( V)
UW
( V)
I R
( A)
I S
( A)
I T
( A)
80, 3 70, 7 68, 3 67, 8 84, 5 77, 3 69, 2 64, 4 69, 5 719 , 70, 8
50, 0 50, 0 50, 0 50, 0 50, 0 50, 0 50, 0 50, 0 50, 0 50, 0 50, 0
0, 40 0, 87 0, 87 0, 87 0, 87 0, 86 0, 86 0, 86 0, 86 0, 86 0, 86
398, 1 397, 0 396, 3 396, 4 396, 0 396, 9 396, 6 396, 7 396, 5 396, 5 396, 7
400, 0 399, 3 398, 7 398, 5 398, 0 399, 1 399, 2 399, 3 399, 0 398, 9 399, 3
398, 7 397, 8 397, 5 397, 5 397, 0 397, 7 397, 4 398, 0 397, 7 397, 6 397, 9
0, 8 7, 2 7, 4 7, 5 1 8 4, 1 7 4, 1 4 4, 1 3 4, 1 2 4, 215 , 213 ,
0, 8 7, 9 8, 1 8, 0 1 2 5, 1 2 5, 1 2 5, 1 8 4, 1 8 4, 22, 0 218 ,
0, 0 7, 3 7, 6 7, 6 1 2 5, 1 1 5, 1 0 5, 1 9 4, 1 8 4, 22, 4 22, 1
0, 2 4, 4 4, 6 4, 6 8, 9 8, 9 8, 8 8, 6 8, 6 1 0 3, 1 8 2,
1 00
22 21
90
20 1 9
80
1 8 1 7 1 6
70
1 5 1 4
60
1 3 1 2
50
1 1 1 0
40
9 8
30
7 6 5
20
4 3
1 0
2 1
0 0 5 1 0 1 5 20 25 30 35 40
P1( ) kW
H( ) m
115
116
117
118
7.1 Introduo
Definies: O sistema de controlo cumpre o processo que permite operar de forma automtica o funcionamento das bombas de um modo seguro e eficaz. O sistema de comunicao cumpre o processo pelo qual a mensagem transmitida de modo seguro entre o sistema de controlo e o equipamento accionado. A gesto cumpre o processo pelo qual possvel contabilizar os diversos parmetros, custos de explorao, custos de manuteno, controlo e rentabilizao de explorao, em termos energticos e de servio, entre outros. Permite ou no efectuar relatrios por forma a ajudar ao melhor aproveitamento das variveis necessrias ao processo de funcionamento. Pode elaborar mapas de controlo automticos, bem como registo de avarias ou acontecimentos importantes para optimizar o funcionamento dos equipamentos de bombeamento (bombas, vlvulas, aparelhagem de medida e controlo).
A fim de assegurar uma correcta operacionalidade dos sistemas de controlo, devem as sondas e sensores ser instalados com a redundncia necessria a fim de assegurar o controlo e a garantir a maior segurana e operacionalidade com o mnimo risco de avaria ou falha. O controlo por nvel deve ser desenvolvido de acordo com a aplicao especfica, mantendo sempre em ateno os requisitos de segurana atrs referidos, ou outros que se entenderem beneficiar a instalao. Este deve operar as bombas de acordo com a potncia instalada e de acordo com os objectivos do projecto. Este tipo de controlo visa efectuar o enchimento constante de um tanque ou cisterna, onde a necessidade do nvel no carece de ser controlada com elevado rigor mas visa essencialmente, manter a reserva de gua com nveis aproximados de modo a serem utilizados na medida das necessidades. Os quadros de controlo da Grundfos (QES) esto preparados para instalao de sensores de nvel de uma forma selectiva e ordenada permitindo desempenhar com maior eficincia, segurana e operao da instalao.
119
120
Assim sendo, s ser necessrio transferir os resultados calculados para o centro de controlo, em vez de todos os dados registados. Isto tambm permite que as unidades de controlo das bombas funcionem independentemente, sem necessitarem de estar permanentemente ligadas ao centro de controlo. Os resultados tambm podem ser armazenados na estao exterior durante algum tempo, normalmente uma semana, antes de serem automaticamente enviados em conjunto, dependendo apenas do nmero de informaes requeridas. Esta uma caracterstica importante, caso existam interrupes indefinidas na ligao de comunicaes. A transmisso de dados sempre configurada de acordo com as necessidades individuais. A ligao das comunicaes tem de ser flexvel e permite normalmente a utilizao da rede telefnica pblica, de modems de rdio, modems GSM ou qualquer combinao destes. Tambm possvel utilizar linhas dedicadas, mas este mtodo raramente utilizado nos ltimos tempos devido ao aumento dos custos e da fiabilidade incerta. Ambas as extremidades da ligao de comunicaes necessitam de um modem para modular os dados para transferncia. A escolha de um mtodo de transferncia tem de ser da responsabilidade do utilizador, tomando em considerao os custos de instalao, os custos da transmisso de dados e as caractersticas requeridas e proporcionadas por cada mtodo. De uma maneira geral, os modems de rdio e as linhas dedicadas so utilizados quando as distncias so curtas e quando existe a necessidade de comunicao contnua, tal como acontece, por exemplo, com os circuitos de controlo entre os depsitos de gua potvel e as estaes de captao. Se estiverem ligadas atravs da rede telefnica pblica, as estaes de bombeamento e a estao de controlo central podem estar situadas a uma grande distncia praticamente ilimitada uma da outra. A rede telefnica pblica tambm permite autorizar outras entidades, tais como fornecedores de equipamentos e empresas de servios, a acederem a uma estao elevatria com objectivos especficos. A moderna tecnologia de telecomunicaes GSM constitui uma soluo apelativa para o controlo e monitorizao remotos de estaes exteriores localizadas a grandes distncias do centro de controlo. A tecnologia GSM constitui frequentemente a melhor alternativa para adaptao de instalaes j existentes, uma vez que a instalao de linhas de acesso de PSTN dispendiosa e a sua disponibilidade poder estar limitada. Todas as tendncias indicam que as comunicaes por modem GSM iro tornar-se cada vez mais populares no futuro.
para a pessoa certa no momento exacto (caso o alarme esteja categorizado para transferncia). Ocasionalmente, o computador do centro de controlo tambm est equipado com uma impressora separada para os alarmes, cuja funo imprimir todos os alarmes para anlise posterior. Normalmente, os alarmes so transferidos para o telefone GSM do tcnico de servio sob a forma de uma mensagem SMS (de texto). Para alm do texto do alarme, esta mensagem poder incluir informaes mais detalhadas sobre o estado da estao de bombeamento (em funcionamento/parada/falha), o volume de bombeamento durante o dia, o tempo de funcionamento das bombas, outros alarmes activos (configurados para no serem transferidos), etc. Os alarmes tambm podem ser transferidos por pager. O computador do centro de controlo cria o texto do relatrio de alarme, contacta o operador do pager e envia a mensagem que ser apresentada no pager. Tipicamente, a mensagem contm informaes codificadas sobre a identidade da estao e o tipo de alarme emitido.
121
prazo e a aumentar a sua fiabilidade. As estaes de bombeamento no fiveis representam um risco ecolgico e financeiro, sob a forma da descarga de guas para o ambiente ou para as caves de edifcios, bem como inibe os utilizadores de usufrurem do bem de que necessitam. Por este motivo, a fiabilidade a principal preocupao relacionada com a concepo de uma unidade de controlo para uma estao de bombeamento. A Grundfos estudou e desenvolveu diversos tipos de controlos para diferentes aplicaes, tendo como preocupao fundamental a fiabilidade das instalaes e dos equipamentos de bombeamento. Recorrendo a diversos tipos de sensores, que monitorizam as estaes de bombeamento, desenvolveu softwares prprios e processos electrnicos para a perfeita adaptao das electrobombas que fabrica, s aplicaes mais diversas. Atravs dos controladores H1000 e H2000 possvel usufruir, em cada sistema, do seu melhor desempenho, tendo sempre em ateno os custos energticos, de manuteno e explorao, bem como a defesa do meio ambiente e o conforto do utilizador. Tambm a nvel do controlo, agora possvel um sistema de monitorizao ao nvel de rede e as possibilidades futuras de combinao da internet e da tecnologia WAP.
particulares de abastecimento de gua. O sistema de controlo e monitorizao baseado na Internet permite consultar e criar relatrios dos dados histricos das estaes de bombeamento a partir de mltiplas localizaes, possibilitando a utilizao das informaes sempre que tal seja necessrio, independentemente da localizao. Por exemplo, depois de introduzirem a respectiva identificao, os operadores, tcnicos de servio, gestores, engenheiros do sistema de abastecimento, etc., podero consultar os dados histricos detalhados das estaes exteriores a partir dos computadores instalados no prprio local de trabalho.
122
Em alguns casos, possvel instalar uma ou mais bombas de reforo com caractersticas diferentes, para tratar de caudais maiores. Caso ocorra a sobrecarga de uma estaes de bombeamento, o sistema deve ser capaz de adaptar a varivel correctamente e sem ambiguidades, para que o operador possa evitar possveis danos. Quando a presso de entrada e a durao da sobrecarga so conhecidos, activada a segurana da instalao automaticamente. A medio da corrente do motor da bomba necessria para proteco e monitorizao. A unidade configurada para proteger o motor da bomba em situaes anormais, atravs de limites ajustveis de sub e sobrecorrente no caso dos motores MGE da Grundfos, protegendo ainda a bomba em caso de falta de gua e onde no usada a proteco adicional recomendada. Nestas circunstncias, dado que o "Reset" do MGE se efectua automaticamente, este no deve ser considerado como dado de controlo mas sempre como de proteco. Caso a corrente de entrada suba acima do limite de sobrecorrente, situao em que o sobreaquecimento do motor se torna um risco devido possibilidade de falha, esta automaticamente parada. Em conjunto com os rels trmicos ou os dispositivos electrnicos de proteco existentes no arrancador do motor da bomba, esta unidade constitui uma valiosa proteco para o motor. Uma corrente de entrada anormalmente baixa indica que a bomba no est a bombear normalmente, o que pode ser devido ao desgaste do impulsor ou acumulao de ar. A corrente do motor da bomba tambm uma informao necessria para o planeamento das operaes de manuteno da bomba. Estas informaes so igualmente importantes para verificar o desempenho operacional da estao de bombeamento e para a determinao das aces de manuteno. Todas as funes acima descritas esto disponveis na unidade de controlo e monitorizao C2000 da Grundfos e podem ser lidas a partir do visor da interface PMU. Isto permite simplificar o painel de controlo do motor, removendo deste as caractersticas que esto incorporadas no PFU tais como os ampermetros, os contadores de horas de funcionamento e os rels de sequenciamento. A unidade de controlo da bomba tambm est programada para indicar todas as falhas de funcionamento da estao at um mximo de 10, tais como alarmes de nvel elevado, nvel baixo, falha de alimentao da bomba e outros alarmes baseados nas definies dos limites dos parmetros.
A unidade de controlo e comunicao G100, do grupo de bombeamento tem capacidade de memria suficiente para registar os dados ao longo de um determinado perodo de tempo. A unidade tem de registar, pelo menos, o tempo de funcionamento, o nmero de arranques das bombas e os incidentes relacionados com problemas de corrente no
123
motor da bomba. Dado que a mesma se encontrar interligada com um sistema de gesto instalado num PC, estes dados sero convertidos para esta base onde devero ser tratados. Os dados registados podem ser agrupados e analisados mais detalhadamente atravs da sua transferncia, a intervalos especficos, para um computador porttil com software adequado, ou continuamente, atravs de um sistema automtico de controlo remoto. Mesmo que a unidade de controlo das bombas funcione como uma estao exterior de um sistema de controlo e monitorizao ao nvel da rede, necessitar de dispor de capacidade de memria suficiente para armazenar os dados registados e analisados durante vrios dias. Isto deve-se ao facto da perda de dados cruciais no ser aceitvel, nem mesmo durante possveis quebras de comunicao entre a estao exterior e o centro de controlo.
124
125
126
8.1 Introduo
Para a correcta instalao das bombas e restantes equipamentos de bombeamento devem ser consideradas algumas regras de acordo com os diversos equipamentos que compem a instalao. O manual de instalao de cada tipo de bomba alerta para estas condies, as quais devem ser cuidadosamente respeitadas, para alm destas ainda devem ser consideradas as condies relativas aos quadros elctricos de controlo e proteco, bem como a sua localizao.
Os equipamentos elctricos, motores equipamentos electrnicos, e outros equipamentos de comando e regulao alimentados por corrente elctrica, possuem caractersticas especiais que devem ser respeitadas quando instaladas em ambientes em que as condies de temperatura sejam adversas. Deste modo alertamos para a necessidade de ventilao, espao livre de passagem e ausncia de humidade que os equipamentos necessitam para o seu correcto funcionamento e longevidade. recomendado por isso, que as centrais de bombeamento sejam instaladas tendo em ateno estas caractersticas por possurem estes componentes e consequentemente necessitarem de condies de verificao adequadas.
CAPACIDADES MNIMAS RECOMENDADAS Capacidade do depsito de membrana [litros] Modelo da bomba CR(E) 3 CR(E) 5 CR(E) 10 CR(E) 15 CR(E) 20 CR(E) 32 CR(E) 45 CR(E) 64 CR(E) 90 Velocidade fixa MS 60 80 200 200 200 300 300 500 500 MSH 100 100 200 200 300 500 500 MF 60 80 80 200 200 200 200 200 200 MFH 200 200 200 200 500 Velocidade varivel ME 60 60 80 80 80 200 200 200 200 MEH 60 80 200 200 200 200 200 MES 60 60 80 80 200 200 200 200 500
NOTA: Sempre que os sistemas no refiram capacidades de depsitos por estes no serem normalmente utilizveis. Valores apresentados nas tabelas que em alguns casos varia a capacidade do depsito tambm em funo do nmero de bombas.
127
Para as bombas com variao de velocidade CRE, caso falhe o sistema de proteco existente contra falta de gua, estas esto preparadas para com sistemas de proteco suplementar interna, de modo a garantir o seu funcionamento para alm das proteces existentes. Entre as proteces existentes internamente nos motores MGE da Grundfos, destacamos, proteco contra falta de gua, que permite a maior durao dos empanques e casquilhos, a proteco contra sobreaquecimento do motor e outras proteces elctricas. No funcionamento normal, se uma destas avarias ocorrer, a bomba pra e s aps algum tempo, varivel, volta a funcionar, aps vrias tentativas. Se a avaria persistir, a bomba pra.
128
Normalmente so equipamentos externos s bombas e que complementam a sua segurana. Relativamente a bombas com variao de velocidade Grundfos, a proteco contra falta de gua uma das suas caractersticas internas como proteco ao equipamento, no devendo ser entendida como caracterstica de operao. Como qualquer outro equipamento, a mesma deve ser sempre considerada apenas como redundncia a uma falha do sistema de controlo. Mas nestas bombas existem ainda outras proteces complementares que evitam as proteces externas atrs mencionadas. So exemplo disso, proteco contra sobreaquecimento do motor, falta de fase, o j referido funcionamento em seco, contra sobrecarga, etc. Estas bombas e os quadros que as controlam, tm de se adaptar instalao e s diversas situaes, como por exemplo o funcionamento em situaes de perdas de carga varivel, tendo como objectivo sempre, a poupana de energia e a preservao das condies de segurana dos equipamentos e da instalao.
8.4 Manuteno
8.4.1 Manuteno aos equipamentos de bombeamento
Os aspectos a ter em conta para efeitos de manuteno especficos, devem estar relacionados sempre com o equipamento respectivo e deve para o efeito ser consultado o manual tcnico de instalao e operao das bombas. Genericamente os materiais de maior necessidade de interveno quando se trata de bombas CR, so aqueles que sujeitos a maior esforo fsico ou desgaste por frico, possam necessitar de maior interveno. Dentro destes poderemos considerar: Rolamentos dos motores e das bombas, quando existirem Empanques e retentores
129
nicos, a eles ligados, por outros programas com necessidades de acessos via internet ou outros susceptveis de os contaminarem com vrus informticos que possam interferir com o seu bom desempenho. Sempre que se notar um funcionamento irregular ou fora do normal, deve de imediato ser alertado o fornecedor de modo a diagnosticar possveis falhas. Quando a estes estiverem ligados equipamentos sujeitos a movimento mecnico (ex: contactores, rels ou outros), deve ser efectuada uma inspeco regular, com a periodicidade acordada inicialmente, de acordo com as especificaes de funcionamento previamente estabelecidas. Tambm devem ser respeitadas as condies de temperatura de funcionamento e as regras de bom funcionamento e ventilao.
Fig. 6 - Empanques
No entanto no plano de manuteno a estabelecer deve ser sempre considerado, o tempo de operao das bombas, a qualidade da gua, a temperatura da gua e a temperatura ambiente, bem como as condies de ventilao da sala onde a central ou as bombas esto instaladas.
130
131
132
133
134
9.1 Introduo
Nesta apresentao so abordados os principais aspectos relacionados com os sistemas de abastecimento pblicos e, fundamentalmente, prediais de gua fria e quente, ressaltando as recomendaes contidas no Regulamento dos Sistemas Pblicos e Prediais de Abastecimento de gua e Drenagem de guas Residuais (Decreto Regulamentar 23/95, de 23 de Agosto) e a sua adaptao efectuada pelos pelo Regulamento dos SMAS - Porto. Uma apresentao breve das condies a considerar na instalao de abastecimento pblico preencher a primeira parte desta exposio. Seguidamente, so apresentados os principais tipos de sistemas prediais de abastecimento de gua, com as condies que determinam a sua aplicabilidade, tanto a nvel tcnico como de legislao de solues de abastecimento directo ou de abastecimento com recurso a sistemas elevatrios que garantam um abastecimento em quantidade e qualidade adequadas ao uso, bem como o abastecimento predial de gua feita a partir de captao particular (nascentes e furos), com o fim de se garantir o abastecimento para outras finalidades, tais como combate a incndio, lavagem de pavimentos, uso industrial, entre outros. Na escolha do sistema a ser utilizado, ser importante observar as condies de disponibilidade de abastecimento garantidas pela rede pblica, assim como as necessidades prediais. Por fim, sero especificadas as principais etapas que constituem o dimensionamento dos sistemas prediais de abastecimento de gua fria e quente, nomeadamente, os reservatrios, os sistemas elevatrios e as cmaras de manobras para instalao de equipamentos elevatrios. Conclui-se a exposio referindo aspectos importantes referentes ao traado, elementos acessrios da rede e as verificaes necessrias prvia utilizao dos sistemas prediais.
A concepo dos sistemas de distribuio pblica de gua no Porto deve passar pela anlise prvia das previses do planeamento urbanstico (planos urbansticos ou operaes de urbanizao em que se insiram) e das caractersticas especficas da rea urbana em que se insiram, nomeadamente s necessidades de gua para o consumo e o combate a incndios. da responsabilidade do autor dos estudos e projectos a recolha dos elementos de base. Para os obter, ser necessrio requere-los ao Director Delegado dos Servios Municipalizados guas e Saneamento do Porto, acompanhado de Planta de Localizao da obra a levar a efeito, fornecida pela Cmara Municipal, escala 1:500 (Art. 251). Os Servios Municipalizados guas e Saneamento do Porto prestaro todas as informaes de interesse, nomeadamente no que respeita caracterizao e localizao das redes pblicas de abastecimento de gua, as condies de ligao, fornecendo os elementos seguintes. a) A localizao em planta das condutas, acessrios e instalaes complementares, sobre carta topogrfica escala 1:500; b) As seces, profundidades, materiais e tipos de junta das condutas;
135
Quando o servio de combate a incndios tenha de ser assegurado pela mesma rede pblica, os dimetros nominais mnimos das condutas so determinados em funo do risco da zona e devem ser: a) 100mm - grau 1 a 3; b) 125mm - grau 4; c) 150mm (a definir caso a caso) - grau 5. Cabe aos Servios Municipalizados guas e Saneamento a definio da localizao das bocas de incndio e dos hidrantes, aps parecer do Batalho de Sapadores Bombeiro (Art. 55). Os dimetros de sada so fixados em 45mm para as bocas de incndio e em 60mm para duas sadas e 90mm para os marcos de gua.
b) Termo de responsabilidade do tcnico autor do projecto; c) Planta de Localizao fornecida pelos Servios Municipalizados guas e Saneamento d) Memria descritiva e justificativa, onde conste a identificao do proprietrio, a natureza, designao e local da obra, o tipo da obra, a descrio da concepo dos sistemas, os materiais e acessrios e as instalaes complementares; e) Clculo hidrulico onde conste os critrios de dimensionamento adoptados e o dimensionamento das redes, equipamentos e instalaes complementares previstas; f) Mapas de medio e oramento a preos correntes, das obras a executar; g) Peas desenhadas dos traados e instalaes complementares, com indicao dos materiais das canalizaes e acessrios utilizados, obedecendo s escalas a saber: Plantas - 1:500; Perfis - 1:500 em extenso e 1:50 em altimetria; Pormenores - escala conveniente que esclarea inequivocamente o pretendido. Os elementos descritos sero apresentados em original, acrescidos de duas cpias para os elementos referidos nas alneas b) a g). As peas escritas devem ser apresentadas dactilografadas ou impressas em folhas de formato A4, paginadas e todas elas assinadas, no original, pelo tcnico responsvel pelo projecto. As peas desenhadas devem ser apresentadas, em tela plstica, com formatos e dobragem concordantes com o estipulado nas Normas Portuguesas NP48 e NP49, no excedendo as dimenses do formato A0. Os caracteres alfanumricos devem obedecer Norma Portuguesa NP89. Todos os desenhos devem possuir legenda no canto inferior direito, respeitando a Norma Portuguesa NP204 e contendo, no mnimo, a seguinte informao: a) Designao e local da obra, indicando se se trata de obra nova, de ampliao ou remodelao; b) Identificao do proprietrio; c) Nome, qualificao e assinatura do autor do projecto; d) Nmero, descrio do desenho, escalas e data da sua elaborao; e) Especificao quando se trata de projecto de alterao ou aditamento; f) Legenda especfica das redes representadas.
136
137
1. Existe rede pblica? Onde? 2. Seco e presses disponveis? 3. H escassez de gua ou interrupes de fornecimento com frequncia? 4. Que dimenso tem o edifcio? Existem caves? 5. Qual o tipo de ocupao? 6. Torna-se necessrio prever reservatrios? Os servios locais permitem? Em que condies? Sua capacidade e localizao? Formas de drenagem de perdas e esvaziamento? 7. Precisa de equipamento elevatrio de bombeamento? Atravancamento e acessibilidade cmara de manobras? 8. necessria rede de combate a incndio? De que tipo? 9. Previso do fornecimento de gua quente: a que zonas e de que modo? 10. Na remodelao ou ampliao de sistemas existentes com aumento de caudal de ponta? Comprova-se a suficincia da capacidade hidrulica de transporte das canalizaes e das eventuais instalaes complementares a montante, sem prejuzo das condies de funcionamento do sistema na sua globalidade? Por fim, sempre ser de realar que a concepo de sistemas prediais de distribuio de gua deve ter como objectivo a resoluo de problemas numa perspectiva global, tcnica e econmica, coordenada com a arquitectura, a estrutura e as restantes instalaes especiais da edificao.
Dentro desse contexto, poderemos ter sistemas com abastecimento directo ou indirecto. O abastecimento directo ser garantido sempre que as condies de abastecimento pblico apresentem presso e/ou caudal que permitam nas condies de conforto definidas no projecto o abastecimento em permanncia. Caso contrrio, ou seja, falta de presso ou falta de caudal dever optar-se por sistemas de abastecimento indirecto com reservatrio elevado quando a presso disponvel possibilita em certos perodos dirios a reposio da reserva necessria e por sistema elevatrio, com reservatrio inferior sempre que a presso no seja de molde a garantir a reposio da reserva durante o perodo dirio de 24 horas ao nvel mais elevado do edifcio.
SISTEMAS DE DISTRIBUIO
138
Na escolha do sistema h que atender: a) presso disponvel na rede geral de alimentao e necessidade nos dispositivos de utilizao; b) Ao tipo e nmero de dispositivos de utilizao; c) Ao grau de conforto pretendido; d) minimizao de tempos de reteno da gua nas canalizaes. Sempre que a rede pblica no puder assegurar as presses necessrias dever ser prevista uma instalao sobrepressora com tanque de compensao. Para que se possa efectuar esta verificao preliminar do sistema mais adequado de abastecimento predial, dando tambm resposta a algumas das questes j referidas deve obter-se junto dos SMAS Porto a informao sobre as condies de abastecimento da rede pblica no local onde se pretende executar a edificao, ou seja, " os valores das presses mxima e mnima na rede pblica no ponto de insero naquela." (Art. 83).
139
/ 2005
Freguesia:
Requerente:
MPa MPa
REDES DE INCNDIO
Dever atender ao Regulamento dos Sistemas Pblicos e Prediais de Distribuio de gua e Drenagem de guas Residuais Domsticas dos Servios Municipalizados de guas e Saneamento da Cmara Municipal do Porto, ao Decreto-Regulamentar 23/95. Agosto e ainda legislao especfica relacionvel com os projectos em causa. Porto, O Chefe de Diviso
140
Em utilizao simultnea 1 2 3 4 5
141
O armazenamento de gua para combate a incndios feito em reservatrios prprios e independentes e no pode por princpio ser utilizado para outros fins. A localizao dos reservatrios deve permitir a sua fcil inspeco e conservao. Quando o armazenamento da gua se destina a consumo humano, os reservatrios devem ter proteco trmica e estar afastados de locais sujeitos a temperaturas extremas. Como condies construtivas a ter em considerao reala-se que: os reservatrios devem ser impermeveis e dotados de dispositivos de fecho estanques e resistentes; as arestas interiores devem ser boleadas e a soleira ter a inclinao mnima de 1% para a caixa de limpeza, a fim de facilitar o esvaziamento; nos reservatrios com gua destinada a consumo humano e com capacidade til igual ou superior a 2,0 m3 devem ser constitudos, pelo menos, por duas clulas, preparadas para funcionar separadamente mas que, em funcionamento normal, se intercomuniquem; sistema de ventilao, convenientemente protegido com rede de malha fina, tipo mosquiteiro, de material no corrosivo, que deve impedir a entrada de luz directa e assegurar a renovao frequente do ar em contacto com a gua; a soleira e as superfcies interiores das paredes devem ser tratadas com revestimentos adequados que permitam uma limpeza eficaz, a conservao dos elementos resistentes e a manuteno da qualidade da gua; a entrada e sada da gua nos reservatrios devem estar posicionadas de modo a facilitar a circulao de toda a massa de gua armazenada
e o fundo e a cobertura dos reservatrios no devem ser comuns aos elementos estruturais do edifcio, nem as paredes comuns a paredes de edificaes vizinhas. Cada reservatrio ou clula de reservatrio deve dispor de: a) Entrada de gua localizada, no mnimo a 50 mm acima do nvel mximo da superfcie livre do reservatrio em descarga, equipada com uma vlvula de funcionamento automtico, destinada a interromper a alimentao quando o nvel mximo de armazenamento for atingido; b) Sadas para distribuio, protegidas com ralo e colocadas, no mnimo, a 150 mm do fundo; c) Descarregador de superfcie colocado, no mnimo, a 50 mm do nvel mximo de armazenamento e conduta de descarga de queda livre e visvel, protegida com rede de malha fina, tipo mosquiteiro, dimensionados para um caudal no inferior ao mximo de alimentao do reservatrio; d) Descarga de fundo implantada na soleira, com vlvula adequada, associada a caixa de limpeza; e) Acesso ao interior com dispositivo de fecho que impea a entrada de resduos slidos ou escorrncias. Os reservatrios podem ser de beto, alvenaria de tijolo ou de blocos de cimento, ao ou outros materiais que se mostrem adequados a manter a qualidade da gua armazenada e os materiais e revestimentos usados na sua construo no devem alterar a qualidade da gua afectando a sade pblica.
Regras principais: 1. Reserva para 24 horas; 2. 2 clulas para manuteno ou reparao; 3. Localizao em zona tcnica acessvel; 4. Independncia da restante estrutura; 5. Isolamento trmico quando necessrio; 6. Condies de acesso e de inspeco; 7. Tampa sobre a vlvula de bia; 8. Envolvente protegida contra escorrimentos e infiltraes; 9. Limpeza interior/evitar ngulos apertados; 10. Pintura interior de proteco; 11. Aberturas para ventilao; 12. Soleira com pendente de igual superior a 1%; 13. Rebaixo para reteno de areias; 14. Descargas de fundo com vlvula; 15. Descarga de superfcie; 16. Caleira nas proximidades; 17. Alarme/deteco de fugas de gua; 18. Proteco de aberturas com rede mosquiteiro; 19. Equipamento /acesso e atravancamento; 20. Entrada e sada da gua em pontos opostos. Fig. 1 - Esquema tipo de um reservatrio
142
Tambm a manuteno peridica dos reservatrios aspecto importante a ter em considerao, nomeadamente, a sua limpeza e desinfeco, pelo que os SMAS Porto apresentam instrues de actuao para a execuo dessas operaes. "Instrues para desinfeco de cisternas/depsitos"[1] Se na sua casa houver depsito/cisterna, tenha os seguintes cuidados: - Instale-o sempre em local de fcil acesso, limpo e arejado; - Nunca o deixe sem tampa adequada ou devidamente protegido. Lave-o pelo menos uma vez por ano da seguinte forma: - Esvazie-o totalmente, retirando todos os detritos e lodo que eventualmente contenha; - Escove cuidadosamente as paredes, o fundo e a abertura, utilizando preferencialmente, escovas s para esse fim; - Enxage todo o interior e esvazie-o de novo; - Proceda desinfestao do depsito/cisterna: - Deixe entrar gua limpa at cerca de metade da sua altura; - Junte hipoclorito de sdio a 14% ( venda em drogarias). Atendendo capacidade do depsito/cisterna, adicione por cada m3 de gua, 20ml do referido hipoclorito; - Encha completamente e mantenha em repouso, sem consumir, durante pelo menos meia hora; - Volte a esvaziar, abrindo todas as torneiras de servio e enxage para eliminar completamente o hipoclorito. - Aps esta operao o depsito/cisterna est pronto a receber a gua que distribuda."
[1]
Fonte: "Documento Auxiliar de Procedimentos"; SMAS - Porto, Laboratrio de Anlises; Edio n1; Reviso n0; Pgina 1 de 1.
No dimensionamento das instalaes elevatrias devem ter-se em ateno: a) O caudal de clculo; b) A presso disponvel a montante; c) A altura manomtrica; d) O nmero mximo admissvel de arranques por hora para o equipamento a instalar; e) A instalao, no mnimo, de dois grupos electrobomba idnticos, normalmente destinados a funcionar como reserva activa mtua e excepcionalmente em conjunto para reforo da capacidade elevatria. As instalaes elevatrias ou sobrepressoras devem ser localizadas em zonas comuns e ventiladas, que permitam uma fcil inspeco e manuteno e ser equipadas com grupos electrobomba e dotadas de dispositivos de comando, assim como proteco contra o choque hidrulico, de segurana e de alarme, e de acessrios indispensveis ao seu funcionamento e manuteno. Os grupos electrobomba devem ser de funcionamento automtico e possuir caractersticas que no alterem a qualidade da gua. Os dispositivos de proteco devem ser definidos em funo das envolventes de presso mxima e mnima, resultantes da ocorrncia de choque hidrulico. O funcionamento dos rgos electromecnicos deve determinar, nos lugares ocupados, rudo de nvel sonoro mdio no superior a 30 dB(A); para o efeito devero ser utilizados apoios isolados e ligaes elsticas s tubagens para atenuao da propagao do rudo. As canalizaes e acessrios utilizados devem ser de materiais de resistncia adequada s presses de servio e s vibraes.
143
0,13
0,24
0,43
1,26
4,83
10,33
O factor de segurana "a" da expresso procura superar, quer as imprecises na determinao das perdas de carga no troo de tubagem de aspirao, quer as variaes de presso.
9.4.4.3.2 Altura manomtrica total A altura total desenvolvida pela bomba pode ser expressa por uma das seguintes equaes: Bomba funcionando em aspirao: Htotal = hd + hs + fd + fs + (2/2g) ou Bomba funcionando em carga: Htotal = hd - hs + fd + fs + (2/2g) em que:
Htotal a altura vencida pela bomba funcionando com o caudal de projecto (m.c.a.). hd a altura esttica de descarga (em metros) igual distncia medida na vertical entre o eixo da bomba e o nvel do lquido no reservatrio de descarga. hs a altura esttica de aspirao (em metros) igual distncia entre o nvel do lquido no reservatrio de aspirao e o eixo da bomba. Nota: Este valor positivo ou negativo consoante a bomba funcione em aspirao ou com a aspirao em carga. fd corresponde a perdas de carga na tubagem de descarga (m.c.a.) fs corresponde a perdas de carga na tubagem de aspirao (m.c.a.)
u
2
2g
Nota: Geralmente as perdas de carga na sada (2/2g) representam uma pequena percentagem do valor da altura manomtrica total e so geralmente negligenciveis.
144
Os reservatrios hidropneumticos so importantes em edifcios de habitao, pois ao limitarem o nmero de arranques por hora podem, se adequadamente dimensionados, permitir que em utilizao normal os sistemas elevatrios no funcionem em perodos nocturnos de pequenos consumos evitando os rudos e vibraes que tanto incomodam e so objecto de justas reclamaes pelos habitantes dos respectivos edifcios. Em situaes de edifcios de habitao, de servios, industriais e similares (unidades hoteleiras, unidades de sade, centros comerciais, etc.) justificam-se solues de instalao de sistemas elevatrios de velocidade e caudal varivel, que proporcionem economias numa relao de poupana energtica/eficincia do sistema, como alternativa aos reservatrios hidopneumticos.
Vtotal = {Vgua (Pmx + 1)} / {0,8 (Pmx - Pmin)} O objectivo dos depsitos hidropneumticos o de limitar o nmero horrio de arranques dos grupos de sobrepresso, tendo em ateno o caudal de bombeamento e os limites de presso pr-estabelecidos. As frmulas empricas permitem a determinao dos volumes totais dos depsitos respectivamente para os depsitos sem membrana e com membrana, tendo em conta os factores j mencionados. Vtotal = {1,25Qp (Pmx + 10)} / {4N(Pmx - Pmin)} Vtotal = {Qp Pmx } / {4N Pmx - (Pmin-2)} Vtotal- volume do depsito (m3); Qp- caudal bombeado (m3/h); Pmx- presso manomtrica mxima (m.c.a.); Pmin- presso manomtrica mnima (m.c.a.); N- nmero de arranques por hora.
145
A segurana dos aparelhos produtores de gua quente deve ser garantida na sua construo, nos ensaios de qualidade e na sua localizao e instalao e obrigatria a instalao de vlvula de segurana no ramal de alimentao de termoacumuladores. Por razes de segurana interdita a instalao de aparelhos produtores de gua quente a gs nas instalaes sanitrias ou em locais que se no situem junto da envolvente exterior do edifcio. A escolha do sistema depende do tipo de energia a ser utilizado para aquecer a gua: elctrico, a gs ou solar. A partir da, definido o sistema de alimentao dos equipamentos: a) Por acumulao, em que a gua aquecida fica armazenada em acumuladores; b) De passagem, em que a gua aquecida gradualmente, medida em que passa pelo aparelho. A produo de gua quente para distribuio aos dispositivos de utilizao pode fazer-se, consoante as caractersticas do edifcio de habitao, atravs de aparelhos de produo instantnea (esquentadores) ou de aparelhos de acumulao (termoacumuladores elctricos ou a gs e depsitos de gua quente com circuito primrio de aquecimento) ou ainda pela combinao de ambos. As caldeiras murais so muitas vezes sistemas mistos que combinam a produo de gua quente para aquecimento do ambiente (circuitos fechados) com a produo instantnea de gua quente sanitria. Aqui, comportam-se como vulgares esquentadores ou podem, atravs de um circuito primrio de aquecimento, promover a acumulao de gua quente em depsitos de gua. A escolha do sistema a instalar deve ser efectuada em funo das necessidades instantneas e horrias de gua quente e da anlise tcnico econmica das vrias alternativas que se nos oferecem, o que pressupe o conhecimento das caractersticas trmicas dos aparelhos atrs referidos. Deve ter-se ainda em ateno a necessidade de gua quente para outros fins (que no os sanitrios), tais como o aquecimento central ou a climatizao.
As potncias dos termoacumuladores elctricos so variveis consoante as suas capacidades e os tempos de aquecimento, sendo esta ltima caracterstica a que determina a designao vulgar de termoacumuladores de aquecimento lento, normal e rpido. Os termoacumuladores elctricos correntes no mercado com capacidade de 100 litros e apresentam uma das seguintes potncias: Aquecimento lento - 1000w; Aquecimento normal - 1750w; Aquecimento rpido - 3000w. Sendo a temperatura normal de acumulao de 60C e para uma mesma temperatura de 15C de gua fria, temos a situao referida no quadro seguinte, considerando que 1KW = 0,864 Kcal.
Tipo de Aquecimento termoacululador lento Potncia (Kcal/h) T=60C-15C 864 45C Aquecimento normal 1512 45C Aquecimento rpido 2592 45C
Caudal aquecido 864/45=19,2 1512/45=33,6 2592/45=57,6 em 1 hora (litros) Tempo de aquecimento de 100/19,2=5,2 100 litros (horas) 100/33,6=3,0 100/57,6=1,7
Os termoacumuladores a gs possuem potncias trmicas mais elevadas do que os elctricos, o que permite aquecer o mesmo volume de gua em menos tempo ou reduzir a capacidade do depsito de acumulao.
146
Um termoacumulador a gs com a potncia de 14.100 kcal/h e considerando o diferencial trmico de 45C entre a temperatura de gua fria e de gua quente acumulada, teremos por hora 313 l (14100kcal/h:45C). A potncia deste termoacumulador inferior de um esquentador de 10 l/min (14100kcal/h=235kcal/min), o que se traduz num consumo instantneo menor de gs.
Como distncias meramente indicativas para que se deva ponderar a hiptese de adoptar, com vantagem econmica e conforto, o circuito de recirculao ou retorno apresenta-se o quadro seguinte:
9.6 Traado
9.6.1 Aspectos gerais
O traado das canalizaes deve ser constitudo por troos rectos, horizontais e verticais, ligados entre si por acessrios apropriados, devendo os primeiros possuir ligeira inclinao para favorecer a sada do ar, recomendando-se 0,5% como valor orientativo. A exigncia de acessrios pode ser dispensada nos casos em que se utilizem canalizaes flexveis. As canalizaes interiores da rede predial de gua fria ou quente podem ser instaladas vista, em galerias, caleiras ou tectos falsos, embainhadas ou embutidas. As canalizaes no embutidas so fixas por braadeiras espaadas em conformidade com as caractersticas de material. Devem ser tidos em considerao os problemas de dilatao e contraco da tubagem, nomeadamente na instalao de juntas e no tipo de braadeiras a utilizar. Na instalao de canalizaes de gua quente assume particular importncia as dilataes e contraces das tubagens. As canalizaes exteriores da rede predial de gua fria ou quente podem ser enterradas em valas, colocadas em paredes ou instaladas em caleiras, devendo ser sempre protegidas de aces mecnicas e isoladas termicamente quando necessrio.
Por outro lado, para o dimensionamento das bombas de recirculao deve-se determinar a perda de carga total do circuito: s perdas de carga contnuas necessrio adicionar as perdas de carga acidentais (curvas, ts, vlvulas, etc.). Seguidamente, a consulta e anlise das curvas caractersticas das bombas fundamental, com vista sua seleco.
147
Devem ainda ser consideradas medidas destinadas a atenuar os fenmenos de corroso, devendo para o efeito: a) As canalizaes metlicas da rede serem executadas, de preferncia com o mesmo material; b) No caso de materiais diferentes, o material mais nobre ser instalado a jusante do menos nobre, procedendo-se ao seu isolamento por juntas dielctricas; c) O assentamento de canalizaes metlicas de redes distintas ser feito sem pontos de contacto entre si ou com quaisquer elementos metlicos da construo; d) O assentamento de canalizaes no embutidas ser feito com suportes de material inerte, do mesmo material, ou de material de nobreza prxima inferior; e) O atravessamento de paredes e pavimentos ser feito atravs de bainhas de material adequado de nobreza igual ou prxima inferior ao da canalizao; f) As canalizaes metlicas serem colocadas, sempre que possvel, no embutidas; g) Ser evitado o assentamento de canalizaes metlicas em materiais potencialmente agressivos; h) As canalizaes enterradas serem executadas, preferencialmente, com materiais no metlicos. As tubagens e acessrios que constituem as redes interiores de gua fria podem ser de ao galvanizado, ferro fundido, PVC rgido, cobre ou ao inoxidvel ou outros adequados e aprovados.
As canalizaes e respectivos isolamentos devem ser protegidos sempre que haja risco de condensao de vapor de gua, de infiltraes ou de choques mecnicos.
As torneiras e fluxmetros devem ser colocados em locais acessveis, por forma a permitir a sua fcil manobra e manuteno. As torneiras e os fluxmetros podem ser de lato, com ou sem revestimento cromado, ou de outros materiais que reunam as necessrias condies de utilizao.
9.7.2 Vlvulas
As vlvulas devem ser colocadas em locais acessveis por forma a permitir a sua fcil manobra e manuteno.
148
TIPO DE VLVULA
FINALIDADE
9.7.3. Contadores
aos SMAS, como entidade responsvel pelo sistema de distribuio pblica de gua, aquela que define o tipo, o calibre e a classe metrolgica do contador a instalar. So, contudo, parmetros que determinam a definio do contador: a) As caractersticas fsicas e qumicas da gua; b) A presso de servio mxima admissvel; c) O caudal de clculo previsto na rede de distribuio predial; d) A perda de carga que provoca.
PERDAS DE CARGA EM CONTADORES (VALORES APROXIMADOS EM METROS DE COLUNA DE GUA - M.C.A.)
SECCIONAMENTO Impedir ou estabelecer entrada: a passagem de gua - dos ramais de introem qualquer dos duo individuais sentidos - dos ramais de distribuio das instalaes sanitrias e das cozinhas A montante: - Autoclismos - Fluxmetros - Mquinas lavar roupa - Mquinas lavar loua - Equipamento produtor de gua quente - Purgadores de gua A montante e a jusante: - Contadores RETENO Impedir a passagem de A montante: gua num dos sentidos - Aparelhos produtores - Acumuladores de gua quente - De qualquer rede no destinada a fins alimentares e sanitrios SEGURANA Manter a presso Na alimentao de abaixo de determinado aparelhos produtores valor por efeito de - Acumuladores de descarga gua quente Manter a presso abaixo de determinado valor com a introduo de uma perda de carga Nos ramais de introduo sempre que a presso seja superior a 600Kpa e ou as necessidades especficas do equipamento o exijam.
REDUTORA DE PRESSO
obrigatrio instalar um contador por cada consumidor, garantindo-se a medio de todos os consumos, podendo estes ser colocados isoladamente ou em conjunto, constituindo, deste modo, uma bateria de contadores. O espao destinado ao contador ou bateria de contadores e seus acessrios deve obedecer aos esquemas tipo apresentados pelos SMAS. A localizao dos contadores a seguinte:
REGULAO
As vlvulas podem ser de lato, bronze, ao e PVC, ou outros e serem de material de nobreza igual ou to prxima quanto possvel do material das tubagens em que se inserem.
- Nos edifcios confinantes com a via ou espaos pblicos, os contadores devem localizar-se no seu interior, na zona de entrada ou em zonas comuns consoante se trate de um ou de vrios consumidores. - Nos edifcios com logradouros privados, os contadores devem localizar-se: a) No logradouro junto zona de entrada contgua com a via pblica, no caso de um s consumidor; b) No interior do edifcio, em zonas comuns ou no logradouro junto entrada contgua com a via pblica, no caso de vrios consumidores.
149
Atravs do ponto de injeco, introduzir a soluo desinfectante sob presso com um caudal regulado em funo do caudal do escoamento fixado (1 parte da soluo para 9 partes da gua em escoamento). Abrir, de montante para jusante (do contador para as extremidades da rede) cada torneira at ao aparecimento da cor violcea. Fech-la de seguida e passar seguinte. Quando a cor violcea aparecer na ltima torneira, fech-la e parar a injeco da soluo desinfectante. d) Perodo de contacto Manter a rede isolada durante um perodo de 48 horas, a fim de o desinfectante poder actuar. e) Enxaguamento final Abrir as torneiras pela ordem inversa da adoptada no enchimento, isto , de jusante para montante, deixando sair a gua durante cerca de 2 horas, em caudal razovel, perodo este que, em princpio, ser suficiente para a lavagem final da rede. f) Recolha de amostras Recolher amostras para anlise laboratorial confirmativa da qualidade da gua. A desinfeco da rede predial s deve ser feita depois de estabelecido e aprovado o ramal de ligao pela entidade responsvel pelo sistema de distribuio pblica de gua, e de forma que no seja possvel qualquer refluxo para a rede pblica da soluo desinfectante, ou para qualquer outra rede predial interior, e que se encontrem previamente desinfectados os rgos situados desde o ponto de injeco at ao ramal de ligao, inclusive este.
150
Concluso
A concluir deixa-se a indicao dos elementos que devem instruir o processo de aprovao do projecto de redes prediais (Art. 304). Assim, o pedido de aprovao deve ser instruda com os seguintes elementos: a) Requerimento subscrito pelo promotor, dirigido ao Director Delegado dos Servios Municipalizados guas e Saneamento do Porto, solicitando a aprovao do projecto; b) Termo de responsabilidade do tcnico autor do projecto; c) Documento do Municpio comprovativo da aprovao do projecto de arquitectura, quando for caso disso; d) Documento donde conste as condies definidas pelo Batalho Sapadores Bombeiros; e) Memria descritiva e justificativa, onde conste identificao do proprietrio, natureza, designao e local da obra, tipo da obra, descrio da concepo dos sistemas, materiais e acessrios, e instalaes complementares projectadas; f) Clculo hidrulico onde conste os critrios de dimensionamento adoptados e o dimensionamento das redes, equipamentos e instalaes complementares projectadas; g) Estimativa descriminada do custo, a preos correntes, da obra especfica a executar; h) Planta de localizao fornecida pelos Servios Municipalizados guas e Saneamento do Porto, na qual conste: Delimitao do terreno; Indicao do corpo ou corpos que constituem as obras; Edificaes existentes no terreno, se as houver; Representao dos ramais de introduo de gua e de guas residuais domsticas e Representao simplificada do colector predial; i) Peas desenhadas dos traados em plantas e cortes escala mnima 1:100, com indicao dos materiais e acessrios das canalizaes, dos dimetros e inclinaes das tubagens, dos rgos acessrios e instalaes complementares e dos respectivos pormenores que clarifiquem a obra projectada; j) Representao esquemtica axonomtrica da rede de distribuio de gua. k) Os elementos acima referidos sero apresentados em original e duas cpias para o referido nas alneas b) a j).
As peas escritas devem ser apresentadas dactilografadas ou impressas em folhas de formato A4, paginadas e todas elas subscritas pelo tcnico responsvel pelo projecto. As peas desenhadas devem ser apresentadas com formatos e dobragem concordantes com o estipulado nas Normas Portuguesas NP48 e NP49, no excedendo as dimenses do formato A0. Os caracteres alfanumricos devem obedecer Norma Portuguesa NP89. Todos os desenhos devem possuir legenda no canto inferior direito, respeitando a Norma Portuguesa NP204 e contendo, no mnimo, a seguinte informao: a) Designao e local da obra, indicando se se trata de obra nova, de ampliao ou remodelao; b) Identificao do proprietrio; c) Nome, qualificao e assinatura do autor do projecto; d) Nmero, descrio do desenho, escalas e data; e) Especificao quando se trata de projecto de alterao; f) Legenda especfica das redes representadas.
151
152
153
154
155
156
10.1 Introduo
A presente comunicao pretende dar a conhecer: A concepo global dos sistemas de distribuio em Lisboa; A EPAL responsvel por todo um sistema de produo ("alta") e distribuio ("baixa") que se desenvolve por mais de 1900 Km, cuja gesto da responsabilidade de duas reas de negcio distintas: rea de Negcio de Produo e Transporte e rea de Negcio de Distribuio; A concepo global dos sistemas prediais em Lisboa; tambm da responsabilidade da EPAL a aprovao, a fiscalizao bem como a ligao rede de distribuio de gua de todos os sistemas prediais na cidade de Lisboa. As regras da EPAL no que se refere elaborao dos projectos de redes prediais, abrangendo uma breve descrio do Manual da EPAL publicado em Fevereiro 2002. Em complemento, pretende tambm divulgar os aspectos relevantes dum servio de interesse pblico de relevante impacto social, bem como divulgar os resultados alcanados com o estabelecimento dessas mesmas regras. A experincia da EPAL ilustra os benefcios da adopo e divulgao de regras tcnicas no mbito interno, ou seja, organizao, eficincia e produtividade, bem como no mbito do servio prestado ao requerente do processo de abastecimento, como sendo, fiabilidade, segurana e qualidade do servio, evidenciando como os resultados foram efectivamente melhorados. Enquadramento legislativo. Palavras - chave: sistema de produo e transporte, sistema de distribuio, tratamento/qualidade de gua, zonas de distribuio, elevao, reserva, presso, processo de abastecimento, manual de redes prediais, qualidade de servio, satisfao do Cliente, melhoria contnua, legislao.
utiliza em mdia, aproximadamente, 260 000 m3 de gua por dia, e directamente parte dos concelhos limtrofes designadamente Loures, Oeiras, Odivelas e Amadora. Esgotada a capacidade mxima de transporte entre Vila Franca de Xira e Lisboa atravs dos trs adutores existentes, Aqueduto Alviela, Tejo e Adutor V.F.Xira/Telheiras, projectou-se a construo do Adutor de Circunvalao, obra planeada de forma a abastecer os concelhos adjacentes desviando caudais da cidade de Lisboa. A partir da entrada em funcionamento deste ltimo adutor, Abril de 2001, a Rede de Distribuio passou a estar sobre dimensionada face s suas necessidades. Em termos gerais, actualmente transitam pela rede de Lisboa com destino aos concelhos limtrofes, 70 000m3/dia de gua para uma capacidade mxima efectiva de 300 000 m3/dia. Acrescente-se ainda que nos ltimos anos, apesar de pouco significativo, tem-se verificado uma diminuio dos volumes utilizados dentro da cidade.
157
A EPAL tem em curso um programa de renovao da rede, com substituio da rede mais antiga, cujo investimento na ordem dos 80 milhes de euros. Complementarmente tem-se em desenvolvimento um sistema de apoio deciso - sistema integrado de medio, de modo a integrar e tratar a informao sobre volumes de gua utilizada em determinada malha de rede, nomeadamente, por zona de abastecimento, e a informao processada pelo sistema de clientes que regista a gua facturada. Este sistema de medio integrado tem como finalidade o acompanhamento da evoluo de perdas de gua.
158
Na figura anterior so tambm identificadas as estaes elevatrias e reservatrios que fazem parte integrante da rede de distribuio, bem como todas as interligaes ao sistema de produo e transporte (distribuio em Alta). O sistema de distribuio de gua da EPAL na cidade de Lisboa possui caractersticas muito prprias, no qual a gua elevada directamente para a rede de distribuio.
Os reservatrios que garantem o abastecimento das zonas altimtricas funcionam como reservatrios de extremidade e localizam-se aproximadamente 30 metros acima dos pontos de abastecimento mais elevados, da respectiva zona altimtrica. Esta localizao permite garantir uma presso na soleira do ponto de abastecimento entre os 300 kPa e os 600 kPa.
St. Cruz
159
Barbadinhos Rede (ZB) - Reservatrio do Vale Escuro e de S. Jernimo Rede (ZM) - Reservatrio do Arco Rede (ZA) - Reservatrio do Pombal Campo de Ourique Rede (ZA) - Reservatrio do Pombal Rede (ZS) - Reservatrio de Monsanto Reservatrio da Amadora Olivais Rede (ZB) - Reservatrios do Contador-Mor E do Vale Escuro Rede (ZM) - Reservatrios de Campo de Ourique e do Arco 92 38 59 96 32 80 45 61
QUADRO 1 - VARIAO DO NMERO DE ROTURAS ENTRE OS ANOS DE 2003 E 2004 Roturas Condutas DN 400 mm Condutas DN > 400 mm Roturas Em ramais Ano 2003 715 84 Ano 2003 1460 Ano 2004 534 49 Ano 2004 947 Variao -25% -42% Variao -35%
Restelo
S. Jernimo Rede (ZA) - Reservatrio do Restelo Telheiras Rede (ZS) - Reservatrio da Charneca Rede (ZA) - Reservatrio da Amadora Reservatrio do Alto de Carenque
160
Mais especificamente no que se refere concepo da rede de distribuio, e conforme j mencionado, o valor de presso mnimo actualmente disponibilizado pela EPAL de 300kPa, assim como o valor mximo, de modo a evitar a ocorrncia de sobrepresses de 600kPa.
do contacto da gua com tubagens e acessrios de diferentes materiais. Da complexidade dos trs subsistemas adutores a quatro zonas de distribuio resulta que em algumas zonas da cidade, as caractersticas da gua distribuda so bastante semelhantes s da gua aduzida, enquanto noutras reflectem as misturas de adues diferentes. Os factores qumicos da gua transportada na rede, quando atingem teores agressivos, degradam a tubagem afectando a qualidade da gua. A ttulo meramente informativo apresenta-se no quadro seguinte a concentrao hidrogeninica (pH) da gua distribuda em Lisboa, por zona de distribuio:
Caractersticas qumicas das guas transportadas na rede Conforme j mencionado, a gua aduzida cidade de Lisboa provm de trs subsistemas distintos - Alviela, Tejo e Castelo do Bode (captaes superficiais e subterrneas). Daqui resulta uma variabilidade das caractersticas da gua aduzida. A esta variabilidade h a acrescentar a que resulta
QUADRO 3 - CONCENTRAO HIDROGENINICA DA GUA DISTRIBUDA EM LISBOA Parmetro Zona Baixa V.min V.mx Zona Mdia V.min V.mx Zona Alta V.min V.mx Zona Superior V.min V.mx Reservatrios V.min V.mx
7,7
8,6
7,7
8,5
6,9
8,6
7,4
8,7
6,9
8,3
Caractersticas qumicas e fsicas dos solos e das suas guas intersticiais A humidade do solo e a presena de sais dissolvidos so os factores que mais contribuem para a resistividade do solo, parmetro que em geral utilizado para caracterizar a corrosividade dos solos. A ttulo meramente informativo resumem-se os principais factores agressivos do solo para os tubos metlicos: - Concentrao hidrogeninica (pH); - Sulfato; - Cloreto; - Alcalinidade; - Resistividade; - Contaminao orgnica; - Correntes vagabundas.
Condies geotcnicas, ssmicas e mecnicas Os factores relevantes que podem contribuir para que as tubagens enterradas possam sofrer danos so: - Movimentos permanentes do terreno, que esto directamente relacionados com as suas caractersticas geotcnicas, como os assentamentos dos solos e sua liquefaco; - Efeitos da propagao das ondas ssmicas nas tubagens, sendo o parmetro identificado como relevante a deformao da tubagem, resultante das extenses axiais e das curvaturas; - Cargas rolantes sobre o terreno, que esto directamente relacionadas com o trnsito rodovirio e ferrovirio. A cidade de Lisboa situa-se numa zona de sismicidade moderada, caracterizada pela ocorrncia de sismos fortes, separados por longos perodos de acalmia, em que se registam sismos fracos.
161
QUADRO 4 - CARACTERIZAO DOS RESERVATRIOS EXISTENTES NO SISTEMA DE ABASTECIMENTO A LISBOA DESIGNAO ZONAS DE DISTRIBUIO GRAVIDADE BARBADINHOS OLIVAIS CONTADOR-MOR VALE ESCURO S. JERNIMO ARCO C. OURIQUE TELHEIRAS I TELHEIRAS II POMBAL 1,2 POMBAL 3 RESTELO CHARNECA I CHARNECA II MONSANTO TOTAL ZS ZA ZS ZS ZL ZA ZB ZB ZB ZB,ZM ZM ZA BOMBEAMENTO ZB,ZM,ZA ZB,ZM,ZA ZA ZA,ZS ZA,ZS N. 2 2 2 2 2 2 2 4 2 2 1 2 2 1 2 CLULAS COTA DE SOLEIRA 27,66 17,00 74,00 68,30 57,43 92,72 90,27 126,00 119,00 116,46 116,38 122,30 152,10 152,10 171,44 ALTURA DE GUA (m) 3,70 4,50 4,00 6,25 2,90 2,90 5,30 5,00 12,00 2,62 2,70 5,60 5,90 5,90 4,00 VOLUME TOTAL (m) 9 250 38 570 9 504 20 186 4 500 11 460 127 200 58 112 114 297 6 892 5 130 9 226 9 925 10 162 4 470 438 884 LEGENDA: Zona Limite - ZL Zona Baixa - ZB Zona Mdia - ZM Zona Alta - ZA Zona Superior-ZS
162
A capacidade de reserva foi calculada atendendo s seguintes ocorrncias: - ajustamento dos caudais de aduo aos pedidos na rede; - falhas de aduo por interrupes subsequentes a avarias no sistema de abastecimento de gua ou cortes na alimentao elctrica;
- aumentos sbitos de pedidos na rede por razes de emergncia, em particular combates a incndios. No quadro seguinte, apresentam-se as relaes entre capacidade total e os consumos mdio dirio anual, no ms de maior consumo, na semana de maior consumo e no dia de maior consumo, previstos para os anos de 1995 e 2020, para Lisboa:
QUADRO 5 - RELAO ENTRE A CAPACIDADE TOTAL DOS RESERVATRIOS E OS CONSUMOS MDIO DIRIO ANUAL, NO MS DE MAIOR CONSUMO, NA SEMANA DE MAIOR CONSUMO E NO DIA DE MAIOR CONSUMO, PREVISTOS PARA OS ANOS DE 1995 E 2020 NECESSIDADES DE GUA (m/dia) 1995 (1) MDIO ANUAL MS MAIOR CONSUMO SEMANA MAIOR CONSUMO DIA MAIOR CONSUMO 438884 (2) 284413 327074 341295 369736 2020 (3) 284239 326875 341087 369511 COEFICIENTES (-) 1995 (1) / (2) 1,54 1,34 1,28 1,19 2020 (1) / (3) 1,54 1,34 1,29 1,19
TIPO DE CONSUMO
Verifica-se que a capacidade total excede as necessidades de gua estimadas para esses anos.
a reunir conceitos e regras, previamente estabelecidas e divulgadas, que permitissem uma capacidade de resposta mais oportuna e qualitativa, opo que motivou elaborao de um Manual, o qual no uma ideia recente, mas sim um projecto h muito planeado. Para com maior rigor avaliar a conformidade tcnica dos processos de abastecimento foi publicado o Manual de Redes Prediais da EPAL, dirigido a projectistas, tcnicos responsveis pela instalao das redes prediais de gua e instaladores. Manual de Redes Prediais da EPAL
163
No Manual de Redes Prediais so abordados aspectos de concepo e execuo, sendo particularmente desenvolvidos os primeiros, por serem aqueles que conferem aos projectos a sua verdadeira potencialidade em termos de "linguagem tcnica". O contedo do documento no pretende ser exaustivo e de modo algum dispensa a consulta de toda a regulamentao em vigor, mas tem como objectivo transmitir as regras que esta Empresa considera pertinentes, permitindo aos interessados a apresentao de processos de abastecimento, compatveis com os conceitos vigentes na EPAL. Subsidiariamente poder tambm constituir elemento de consulta para instaladores, considerando-se o referido Manual como um complemento da documentao tcnica j existente na EPAL, pois procura apresentar uma viso global conducente obteno de solues que contornem os problemas detectados nos projectos de redes prediais, embora numa opo tcnica condicionada pela normalizao nacional existente.
II. Elaborao e Circuito dos Processos de Abastecimento III. Concepo de Projecto e Disposies Construtivas IV. Dimensionamento
Anexos A Terminologia B Simbologia C Documentos e Elementos Tcnicos Constantes dos Processos de Abastecimento D Esquemas de Instalao e Execuo E Legislao e Normalizao Aplicveis F Referncias Bibliogrficas.
164
165
O fluxograma anteriormente apresentado poderia ser muito simplificado se todo o processo no tivesse que passar por frequentes e diferentes anlises do mesmo, no que respeita a alteraes entregues, seja na fase de anlise ou/e na fase de fiscalizao.
recomendvel ainda que sejam respeitadas todas as indicaes consignadas no documento, permitindo assim um desenvolvimento mais clere dos processos de abastecimento, nomeadamente no que respeita caracterizao dos deveres, responsabilidades de manuteno e recomendaes.
7 Ramal de Ligao Canalizao que liga a Rede Geral de Distribuio rede predial, para servio de uma propriedade, ou a bocas de incndio e marcos de gua. 8 Torneira de Suspenso do Ramal Vlvula que regula o fornecimento de gua ao prdio. 9 Rede Geral de Distribuio Sistema de canalizaes, rgos e equipamentos instalados na via pblica.
166
b) Atravs de equipamento de pressurizao directa, constitudo por grupos de velocidade varivel e tendo em conta o especificado no Manual. A adopo desta soluo pressupe que embora se recorra pressurizao, a presso da rede geral de fornecimento deve ser aproveitada, levando a que existam sempre que possvel, pelo menos dois andares de presso (gravtico e pressurizado):
Fig. 8 - Diagrama de abastecimento s redes prediais com sistema misto gravtico e pressurizado
167
c) Fornecimento efectuado a partir de depsito dotado de equipamento de elevao, exclusivamente para o sistema de incndio e situaes especiais: Situao I
Situao II
Fig. 9 - Diagrama de abastecimento s redes prediais com sistema misto gravtico e pressurizado e abastecimento directo rede de incndio e rede sprinklers
Fig. 10 - Diagrama de abastecimento s redes prediais com sistema misto gravtico e pressurizado e abastecimento ao servio de incndio a partir de depsito
168
Situao III
responsvel pelos valores neles apresentados e sua validade. No entanto, se forem detectadas irregularidades, ou se os mesmos se encontrarem incompletos devem ser apresentados novos clculos. O dimensionamento dos Sistemas Prediais de Abastecimento de gua efectuado de forma faseada atravs de um processo iterativo. No captulo IV so apresentados alguns mtodos de dimensionamento para cada situao, no entanto, os mesmos no so vinculativos, salvo se indicado, estando o projectista livre de apresentar outros mtodos desde que devidamente fundamentados, atravs da apresentao de bacos, tabelas e referncias bibliogrficas.
10.3.3.5 Anexos
Os anexos, j anteriormente mencionados, consistem: A Terminologia - Consiste na compilao dos termos institudos pela EPAL mais utilizados neste Manual, encontrando-se organizada por ordem alfabtica; B Simbologia - Apresentao dos smbolos a utilizar na elaborao das peas desenhadas dos projectos de redes prediais; C Documentos e Elementos Tcnicos Constantes dos Processos de Abastecimento - Inclui as referncias do "Captulo II - Elaborao e Circuito dos Processos de Abastecimento", tal como as minutas tipo, quadros de apoio, etc.;
Fig. 11 - Diagrama de abastecimento s redes prediais e servio de incndio a partir de depsito contabilizado a montante (condio excepcional para Hotis e Hospitais, previsto na legislao)
D Esquemas de Instalao e Execuo - Compilao de diversas indicaes de carcter normativo relativas a alguns aspectos construtivos das redes prediais; E Legislao e Normalizao Aplicveis - Listagem no exaustiva de documentao; F Referncias Bibliogrficas.
Relativamente ainda ao Anexo D, apresentam-se nas seguintes figuras, a ttulo meramente exemplificativo, algumas das principais disposies construtivas relativas s redes prediais, constantes no Manual.
169
170
171
172
173
174
Ms/Ano
Dez-00 Dez-01 Dez-02 Dez-03
Dez-00 Dez-01 Dez-02 Dez-03 Set-04
Situao
Set-04
Em curso Pendentes da EPAL Pendentes de Clientes
Fig.17 - Grfico comparativo da variao do nmero de processos em curso e pendentes na EPAL entre o ano de 2000 e o ano de 2004
No que se refere ao nvel de servio, durante o ano de 2004, efectuou-se uma contabilizao dos tempos de resposta dos processos de abastecimento, tendo em conta que a lei vigente obriga que as respostas sejam emitidas dentro de um perodo de 20 dias teis. Na figura seguinte pode-se observar em percentagem, a quantificao do nmero de processos de abastecimento de 2004, relativamente ao tempo de resposta.
65%
5%
5%
25%
Fig. 18 - Grfico comparativo da variao relativamente ao tempo de resposta aos processos de abastecimento
Atravs deste tipo de controlo, sempre que os indicadores apresentam desvios, so introduzidas aces correctivas. Tambm sempre que os colaboradores detectam erros sistemticos, estes so analisados e adoptadas aces correctivas para impedir a sua repetio, ou seja, consegue-se obter a percepo da evoluo da qualidade do servio e a identificao das reas de melhoria do ponto de vista do mercado.
175
Esta atitude permite a melhoria sistemtica dos processos e, como tal, assegura a conformidade do servio fornecido ao Cliente. Pode-se concluir que, presentemente, tanto a EPAL como os agentes externos da rea, beneficiam com a publicao deste documento, facilitando a implementao de regras institudas na empresa e aumentando a interaco com o exterior, o que constitui uma contribuio positiva para a concretizao do objectivo inicialmente pretendido com este projecto, do qual se espera no futuro vir a reflectir-se numa melhoria qualitativa e quantitativa.
176
177
178
179
180
A Universidade do Algarve
A Universidade do Algarve, tal como existe neste momento, resultou da unio das duas instituies previamente existentes: a Universidade do Algarve, criada pela Lei n. 11/79 de 28 de Maro e o Instituto Politcnico de Faro, criado pelo decreto-lei n. 513-T/79, de 26 de Dezembro. Tendo nascido do sonho de poucos e da vontade de muitos, cedo se alou de instalaes provisrias a espaos amplos, dispondo, hoje, de dois Campus - Penha e Gambelas - e de dois Plos - Portimo e Vila Real de Santo Antnio -, que proporcionam excelentes condies de estudo, trabalho, investigao e socializao aos cerca de 10 000 estudantes, 700 docentes e 400 funcionrios que gravitam no seu universo. Possui cinco FACULDADES - Economia; Engenharia de Recursos Naturais; Cincias Humanas e Sociais; Cincias do Mar e Ambiente; e Cincias e Tecnologia e quatro ESCOLAS SUPERIORES - Educao; Gesto, Hotelaria e Turismo; Tecnologia e Sade.
181
182
11.1 Introduo
Este captulo incidir somente sobre os sistemas de rega e a sua relao com a polivalncia e a economia energtica. Ao falar-se de polivalncia, considerou-se no s a origem da gua de rega (recursos convencionais e no convencionais), mas tambm as vrias utilizaes dos sistemas de rega, tendo em vista, alm da rega de humedecimento, outros tipos de utilizao agro-ambiental. No que respeita economia energtica dos vrios sistemas de rega, considera-se a eficincia de rega como a componente de maior importncia. No que respeita a polivalncia e a economia energtica dos sistemas de rega, no se incluem outros parmetros necessrios quer ao planeamento, quer gesto dos sistemas de rega. Estes outros parmetros sero definidos atravs das componentes do sistema dinmico SPAC (soil-plant-atmosphere-continuum). Para a caracterizao deste complexo sistema ser necessrio o conhecimento de elementos de base e aplicados ao solo (Hillel, 1980a; 1980b), planta (Taylor et al., 1983; Beltro et al., 1997), atmosfera (Doorenbos & Kassam, 1979; Allen et al. 1998) e aos seus efeitos combinados nas necessidades hdricas das plantas obtidas pela equao do balano hdrico na zona radicular, definida por: R + P = ETa + (Dr + Es - Ac) + S em que: R - gua de rega, expressa atravs da dotao real de rega (mm) P - Precipitao (mm) ETa - Evapotranspirao real da cultura (mm) Dr - gua de drenagem (mm) Es - gua de escorrimento superficial (mm) Ac - gua de ascenso capilar (mm), de acordo com Beltro et al.(1996) S - Variao da gua no solo na zona radicular (mm) ETa pode-se obter atravs da equao: ETa = ETo x kc Em que ETo - Evapotranspirao de referncia (mm) kc - coeficiente cultural, variando com a cultura e o seu estado fenolgico. O valor aproximado do coeficiente cultural est definido para as culturas regadas para a mxima produo, podendo ser obtido o seu valor directa ou indirectamente quando se verificam decrscimos da produo, atravs de frmulas especficas (Doorenbos & Kassam, 1979) e de funes de produo (Shalhevet e tal., 1981), ou de modelos dinmicos de produo (Jones & Kiniry, 1986). Esta equao do balano hdrico (1) no aplicvel aos sistemas de rega de rega localizada (gota a gota e mini(2) (1)
-asperso), uma vez que neste caso o solo no regado na sua totalidade, sendo neste caso utilizado um balano hdrico especfico (Vermeiren & Jobling, 1980) . O estudo das necessidades hdricas poder tambm ser efectuado recorrendo a outras tcnicas (Dasberg & Or, 1999): a) relacionadas com o solo - como por exemplo diferenas de potencial de gua no solo (tenso de gua no solo) atravs de tensimetros, sondas TDR, blocos de gesso e outras; e b) relacionadas com a planta - como por exemplo o potencial de turgescncia ou o termmetro infravermelho. As relaes entre as necessidades hdricas e os sistemas de rega foram estudados por Pereira (2004). Dado que a dimenso deste captulo limitada, indica-se nas referncias bibliogrficas os trabalhos que devero ser consultados.
Regadeiras inclinadas Canteiros Planos inclinados Cavaletes Faixas Submerso Temporria: Caldeiras Simples Coroa circular
183
A classificao em escorrimento, submerso e infiltrao diz respeito ao fenmeno fsico predominante observado durante a rega. No caso dos sistemas de rega por escorrimento, a gua escorre por todo o terreno a regar, infiltrando-se no solo. Actualmente apenas tem interesse o sistema por rega por faixas pois o nico que permite a mecanizao, embora a sua utilizao em Portugal seja relativamente pequena. Contudo ainda se utiliza no norte de Portugal, em zonas de maiores declives, o sistema de rega por regadeiras de nvel. A rega por submerso pode ser permanente e temporria. Os canteiros so utilizados em Portugal principalmente nos arrozais, sendo neste caso a submerso permanente. As caldeiras so de submerso temporria; as simples eram utilizadas antigamente para regar por submerso temporria as rvores de fruto; actualmente, nas laranjeiras, a caldeira disposta em coroa circular, como preveno contra a gomose basal; contudo, este sistema de caldeiras apenas hoje utilizado em pequenas exploraes, tendo sido substitudo nas exploraes intensivas por sistemas de rega localizada. Os sistemas de rega por gravidade, em que se utiliza a infiltrao como fenmeno fsico predominante, incluem a rega por sulcos e a rega subterrnea. Dentro dos sistemas de rega por gravidade o dos sulcos o mais empregado em Portugal. Este sistema utilizado em culturas dispostas em linhas, sendo a gua de rega distribuda nos sulcos, abertos entre as linhas das plantas, humedecendo o solo por infiltrao. Na rega subterrnea, utiliza-se a ascenso capilar da gua, proveniente da toalha fretica artificial ou atravs do controlo de uma toalha natural, mantendo-a a uma profundidade conveniente.
Fig. 2 - Instalao de rega por asperso estacionria completamente fixa num campo de golfe (Rosado, 2002).
As principais vantagens e inconvenientes da rega por asperso em relao rega por gravidade so as seguintes: Vantagens: 1) no necessita a preparao do terreno (nivelamento e armao) necessria nos sistemas de rega por gravidade; 2) permite mais facilmente controlar a dotao de rega; 3) caso a velocidade do vento seja nula ou baixa (< 2 m s-1), a uniformidade e distribuio de gua mais elevada; 4) maior economia de gua; 5) normalmente maior economia de mo-de-obra; 6) geralmente maior produo; 7) menores problemas de eroso do solo; 8) maior polivalncia das instalaes (combate s geadas e altas temperaturas, fertirrega mineral e orgnica, rega qualitativa).
184
Inconvenientes: 1) consumo de energia muito elevado; 2) grande problema com velocidades do vento elevadas produzem distribuies de gua muito irregulares; 3) custo das instalaes elevado; 4) desenvolvimento de doenas, devido rega da parte area das plantas; 5) impossibilidade de aplicao de guas salinas em culturas no tolerantes salinidade, por humedecimento da parte area das plantas; 6) altas perdas de gua em climas muito ventosos ou ridos; 7) dificuldade (penoso para os operadores) para as mudanas de tubagens nas instalaes mveis em solos de textura fina. QUADRO 2 - SISTEMAS DE REGA SOB PRESSO Asperso Mtodo - Asperso Processos: Asperso - Estacionrias Fixas Semi-fixas Mveis Asperso - Semoventes Rotao Translao Mistas As instalaes semoventes incluem aquelas em que os aspersores (alm do movimento e rotao prpria) se deslocam ao longo da superfcie do solo, enquanto a gua distribuda. Raposo (1994) classifica as instalaes semoventes em instalaes com movimento de rotao (ex.: Center-pivot), com movimento de translao (ex.: Canho automotor) e mistas, isto , com movimento de rotao e de translao (ex.: Rain-move). As principais vantagens e inconvenientes das instalaes semoventes em relao s instalaes estacionrias so: Vantagens: 1) Evitam as mudanas dos aspersores; 2) Mo-de-obra reduzida quando comparadas com as estacionrias mveis ou semi-fixas. Inconvenientes: 1) Consumos de energia mais elevados (funcionam a presses de servio muito mais elevadas); 2) S podero ser utilizadas em reas elevadas; 3) No podem ser utilizadas em terrenos irregulares ou acidentados. Gota a gota superficial subterrnea Miniasperso dinmica esttica ou micro-asperso Localizada Mtodo - Infiltrao Processos:
Em relao aos sistemas de rega supracitados, os sistemas de rega sob presso seriam os que teriam maior interesse para aplicao nas regies mais ridas durante o Vero. Destes, a escolha dos sistemas de rega de maior interesse para aplicao est dependente da regio e da cultura a regar. Assim, destinando-se ao Sul de Portugal, regio de clima rido durante o Vero os sistemas de rega mais interessantes seria a rega por asperso (Milho-gro, forragens, espaos verdes e campos de golfe, culturas industriais e culturas hortcolas ao ar livre) e a rega localizada (pomares, vinhas, e culturas hortcolas principalmente em estufas). No caso de grandes superfcies regadas por asperso (reas superiores a 50 ha), aplicam-se geralmente instalaes semoventes center-pivot; para pequenas superfcies utilizam-se as instalaes estacionrias. As instalaes semoventes tipo canhes auto-motrizes tm tendncia para diminuir, devido ao seu elevado consumo de energia (QUADRO 7).
185
O maior inconveniente diz respeito a grandes problemas com entupimentos, que se poder verificar principalmente quando se trata da rega gota a gota. A rega por miniasperso utilizada principalmente em pomares, sempre que problemas com a filtrao da gua no permitirem a rega gota a gota, ou quando os elevados compassos e a / ou os movimentos laterais da gua do solo a partir das rampas gota a gota sejam insuficientes para que o volume radicular fique convenientemente regado. Com a rega gota a gota subterrnea consegue-se praticamente anular as perdas por evaporao, sendo a gua consumida apenas por transpirao, sendo a superior a longevidade da tubagem devido diminuio de choques trmicos e mecnicos e no haver problemas com radiaes ultra-violetas.
namento das fertilizaes, momento e poca da fertilizao, de acordo com as necessidades do estado fenolgico da cultura e contribuindo para a diminuio da presso osmtica do solo. Outras vantagens dizem respeito economia de mo-de-obra, melhora a uniformidade de distribuio dos fertilizantes, evita o calcamento do solo e permite a adubao mais fcil das culturas de porte baixo. Relativamente aos macronientes aplicados, o azoto pode ser aplicado em todos os casos sem quaisquer dificuldades tcnicas - usa-se muito a ureia, os nitratos, o amnio; por vezes tambm utilizado o cido ntrico (em concentraes muito baixas) que tem tambm a funo de desobstruir os gotejadores. O potssio tambm pode ser utilizado sem dificuldade, podendo-se usar o nitrato de potssio ou o sulfato de potssio. Se a gua cida no h qualquer problema na aplicao do fosfato mono ou biamnio, sendo no entanto o cido ortofosfrico menos sujeito a problemas de entupimento e de insolubilizao, contribuindo tambm para a desobstruo dos gotejadores. H no mercado adubos lquidos para aplicao na fertirrega para vrias diluies de macro e micronutrientes, mas o seu custo mais elevado do que o custo dos adubos slidos solveis. Caso as guas sejam alcalinas, no se deve utilizar o fsforo na fertirrega. necessrio que, quando se pratica a fertirrega mineral, que seja assegurada uma drenagem perfeita do solo, devendo-se determinar a condutividade do solo e o seu pH, para se proceder sua lavagem sempre que necessrio.
Trs instalaes-tipo de fertirrega mineral podero ser aplicadas nos sistemas de rega sob presso: 1) simples depsito, que se inclui no circuito de gua, quando se procede fertirrega, colocado aps a instalao de bombeamento e sendo precedido um filtro de malha; este sistema tem a vantagem de ser de baixo custo, e o inconveniente de mais difcil controlo das concentraes dos fertilizantes, sendo as mesmas altas e mal distribudas; 2) depsito aplicado sada da bomba, em que se faz a mistura adubo+gua, sendo a sada da mistura para a tubagem de rega, efectuada atravs do efeito de Venturi, com vlvula-parafuso de regulao da sada, em que a concentrao da mistura adubo+gua varia geralmente entre 5 x 10-4 e 2 x 10-2, em relao gua de rega. Possui vantagens e inconvenientes intermdios entre a instalao-tipo anterior a que se segue. 3) bomba injectora de adubo (Fig. 4), accionada hidrulica ou electricamente, assegurando uma concentrao constante at nveis muito baixos tal como 5 ppm; uma aparelhagem de grande rigor, embora mais frgil e de custo mais elevado que as instalaes-tipo anteriores.
186
Para que se possa utilizar mais eficientemente a miniasperso no combate geada, ser necessrio que os microtubos de ligao dos miniaspersores tubagem tenham comprimento suficiente para que os miniaspersores possam regar as culturas (geralmente rvores de fruto) nos perodos de formao de geada, atravs de suportes apropriados para que a rega seja efectuada por cima das copas. necessrio ainda conhecer a qualidade da gua nos meses frios, normalmente de melhor qualidade do que nos meses quentes, e que permita a rega sem que as culturas (rvores) sejam danificadas.
11.3.1.2 Pestirrega
A pestirrega est dividida em pestirrega propriamente dita (combate aos fungos e pragas) e em herbirrega (aplicao de herbicidas). A pestirrega praticamente utilizada na rega localizada em alguns pases estrangeiros, e muito raramente no nosso pas, devido ao desconhecimento do seu manuseamento e aplicao, como ainda grande parte dos produtos no estarem homologados em Portugal. A herbirrega tem interesse de utilizao na rega gota a gota e na rega por asperso, em instalaes estacionrias totalmente fixas e semoventes center-pivot, devendo-se neste ltimo caso parar imediatamente o funcionamento da instalao caso haja vento. As instalaes-tipo utilizadas so do tipo bomba injectora, conforme descrito para a fertirrega.
A rega por asperso e miniasperso poder ser aplicada no combate s altas temperaturas, sem que haver o objectivo de humedecimento do solo. Assim dois exemplos sero apresentados, como se segue: 1) usual verem-se aspersores ou miniaspersores em funcionamento por cima das estufas em dias muito quentes com o objectivo de diminuir a temperatura no interior das estufas; geralmente a gua pulverizada recuperada e reutilizada. 2) No Vero, nas horas de maior calor, h culturas em que a parte area queimada pelo sol. Assim utiliza-se a rega por asperso ou a miniasperso durante essas horas com o intuito de diminuir a temperatura, e assim combater os seus efeitos nocivos; usual utilizar este tipo de combate em alguns campos relvados, como o caso dos campos de golfe.
187
Que as concentraes de sal na gua de rega e na gua de drenagem, respectivamente ci e cd, esto em equilbrio, o teor de gua do solo ao coeficiente de emurchecimento, ser obtido por: wp(m + 0) = wp(m) + wp(0) em que wp(m + 0) a soma do teor de gua do solo ao coeficiente de emurchecimento no salino wp(m), mais o aumento do teor de gua wp(0) devido salinidade. Dois casos tero que ser considerados: CASO 1 - Com lixiviao na zona radicular, a eq. (5) tomar a seguinte forma wp(0)1 = {[ci - (L . Dr )] . fc} . [cd - (L . Dr )]
-1 -1 -1
CASO 2 - Sem lixiviao na zona radicular, a eq. (5) tomar a seguinte forma wp(m + 0)2 = (ci . fc) . (cd )
-1
(8)
(3)
A componente-chave do sistema dinmico SPAC (soil-plantatmosphere continuum) a soluo do solo (Fig. 5). O teor em gua e ies varia dinamicamente na soluo, e afectado por um grande nmero de processos, dos quais salienta-se a: Evapotranspirao - quanto maior for a gua transferida da planta e do solo para a atmosfera, por transpirao e evaporao, maior ser a concentrao de sais no solo; Absoro de ies pela planta intensa absoro de minerais do solo acompanhado pela reduo da salinidade do solo.
(4)
(5)
(6)
Fig. 5 - Representao esquemtica do sistema "soluo do solo" (Beltro, 1993)
e quando a fraco de lixiviao for considerada ETa = (Qi - Qd) A em que ci cd so as concentraes de sal na gua de rega e na gua de drenagem, respectivamente (kg m-3); fc o teor volumtrico da gua do solo; capacidade de campo (m3 gua . m-3 soil); a taxa de lixiviao (kg sal d-1); o coeficiente de fluxo da drenagem (d-1);
-1
(7) O balano salino do solo para as culturas regadas, que inclui todos os inputs, outputs e os termos de acumulao para dentro e para fora da zona radicular dado pela seguinte equao: INPUT = OUTPUT + ACUMULAO Sr + Si + Sg + Sl + Sf = Sd + Sp + Sc + Sa + Ss em que (9a) (9b)
L Dr
Sr - Sal fornecido pela gua das chuvas Sd - Sal removido pela gua de drenagem Sl - Sal dissolvido proveniente da lavagem do solo Sa - Variao na quantidade de ies absorvidos Ss - Variao na quantidade de sais solveis Si - Sal fornecido pela gua de rega Sg - Sal fornecido pela toalha fretica Sf - Sal dos fertilizantes Sp - Sais precipitados
Qi e Q d so, respectivamente, as taxas volumtricas de gua de rega e de drenagem (m3 d-1); A a superfcie de evaporao (m2);
188
A necessidade de lixiviao do solo definida pela eq. 10, como se segue: Qil = [Cd / (Cd - Ci)]. A. Eta Em que : Qil - Volume de gua de rega, satisfazendo simultaneamente o consumo de gua da cultura e as necessidades e lixiviao (m3); A - rea da parcela (m2) ETa - Evapotranspirao real da cultura (m) Partindo de dados reais, MAAS & HOFFMAN (1977) encontraram entre a salinidade do solo e a produo das culturas uma relao linear, que se pode expressar pela seguinte frmula: Y = 100 - b (CE - a) em que: Y- produo relativa da cultura (%); CEs - salinidade do solo ou da gua, expressa em condutividade elctrica do extracto de saturao do solo ou da gua (dS.m-1); abvalor limiar de salinidade (dS.m-1) a partir do qual decresce a produo, a que se chama tolerncia; percentagem de decrscimo de produo por unidade de acrscimo de salinidade, a que se chama sensibilidade, e que definida por (12) (11) (10)
contaminao solo e das guas subterrneas. Resposta da alface aos efeitos combinados da salinidade da gua de rega com (N1 - 15 g de NH4NO3 por planta) e sem fertilizao azotada (N0), de acordo com o modelo de Maas e Hoffman (1977) e com Beltro et al. (2002a). De acordo com a eq. 11 mostra que a tolerncia (a) para N0 menor que para N1, o que significa que a produo relativa (%) se mantm constante a 100 % at 20 g de NaCl planta-1 para N0, e cerca de 40 g de NaCl planta-1 para N1. Por outro lado, a sensibilidade (b), isto , a taxa de reduo de produo relativa por aumento de unidade de salinidade, maior para NO do que para N1; portanto, para maiores valores da tolerncia, a produo relativa diminui de cerca de 5 % por cada aumento de 10 g de NaCl planta-1, sendo de 10 % a reduo para o nvel N1.
b = dY / dCE
As tcnicas convencionais de combate e controlo do processo de salinizao pode ser caracterizado por quatro geraes: 1) Problema da contaminao da zona radicular pela lixiviao do solo (que pode ocorrer em duas situaes quando h um horizonte impermevel, os sais concentram-se acima deste horizonte; por outro lado, quando no existe horizonte impermevel, pode haver contaminao dos aquferos, 2) Uso de rega gota a gota subterrnea - grande economia de gua, e portanto menos sais dissolvidos sero adicionados, mas pode continuar a haver problemas da contaminao das guas subterrneas, devido precipitao natural ou lixiviao artificial; 3) O aumento da fertilizao aumenta a tolerncia (Beltro et al., 1993) salinidade (contudo a sensibilidade salinidade tambm aumenta), mas a contaminao ser aumentada devido aos fertilizantes adicionados (Beltro et al. 1997); 4) Culturas tolerantes salinidade - esta tcnica muito til para as plantas, mas no resolve o problema da
O processo de salinizao do solo pode ser dividido nas seguintes fases (Beltro, 1992): 1 - Origem dos sais (sais locais e sais transportados) 2 - Transporte (gua e vento) a) gua - Infiltrao descendente (rega e linhas de gua) Infiltrao ascendente (toalha fretica e gua do mar) b) Vento 3) - Acumulao no solo (causas naturais e actividades humanas) a) Causas naturais - sem lixiviao - sem tcnicas ambientalmente limpas - evaporao b) Actividades humanas - Compactao do solo e formao de impermes - Elevao do nvel da toalha fretica - Rega imprpria (uso de gua salina mal aplicada)
189
Em Portugal, verificam-se maiores problemas de salinizao nas zonas mais ridas (como o Alentejo e o Algarve) e costeiras, em virtude de a gua nestas regies ser limitada. Este problema intensificado devido intruso da gua do mar que resulta da reduo dos nveis freticos dos aquferos, quando a taxa de bombeamento excede a taxa de recarga, tornando as guas subterrneas mais salinas. Estas guas de pior qualidade tm repercusses negativas nas produes das culturas regadas (Ben Asher et al., 2002). A nica maneira para controlar o processo de salinizao e de manter a sustentabilidade dos espaos verdes e dos campos agrcolas combater a salinizao atravs de tcnicas limpas e ambientalmente seguras, como se segue: 1) Uso de espcies que removem o sal do solo (Beltro et al., 2001; Cuartero et al., 2002); 2) Uso de espcies tolerantes sede; 3) Reduo da aplicao de sal atravs de menores dotaes de gua residual; 4) Reutilizao de limite mnimo de dotao de gua residual suficiente para obteno de uma boa aparncia visual dos espaos verdes (Costa et al., 2002). A Fig. 7 mostra as percentagens mdias, desvios padro e resultados do teste Dunnett T3, de Cl - em folhas dos relvados - agrostis, "kikuyugrass", bermuda regada e bermuda de sequeiro (Costa, 2003), mostrando assim a capacidade de remoo de sal (io Cl-) de diferentes cultivares de relvas.
2,5
QUADRO 3 - CLASSIFICAO DAS GUAS RESIDUAIS DE ACORDO COM A SUA ORIGEM (Gamito, 1998)
CLASSIFICAO ORIGEM - Habitaes domsticas (higiene e cozinha) - Restaurantes e comrcios URBANAS - Servios - Infiltraes subterrneas - Ligaes e descargas clandestinas - Matadouros GUAS RESIDUAIS - Cantinas INDUSTRIAIS - Transformadoras de produtos alimentares - Fbricas - Transformadoras de petrleo - Hospitais e laboratrios - Adegas e lagares AGRCOLAS - Hidroculturas - Pecuria (chorumes)
1,5
a
0,5
a a b
b
0
Agrostis regada Kikuyugrass regada
Bermuda regada
Bermuda sequeiro
Relvados
Fig. 7 - Percentagens mdias, desvios padro e resultados do teste Dunnett T3, de Cl - em folhas dos relvados - agrostis, "kikuyugrass", bermuda regada e bermuda de sequeiro (Costa, 2003), mostrando assim a capacidade de remoo de sal (io Cl ) de diferentes cultivares de relvas.
Podemos dividir os problemas ambientais que possam surgir em trs tipos: microorganismos patognicos (principalmente nas guas residuais urbanas), salinidade (comum a todas as guas residuais) e metais pesados (principalmente nas guas residuais industriais). Em relao a estes problemas, a legislao portuguesa (QUADRO 4) admite a reutilizao de guas residuais adequadamente tratadas para grande parte das culturas (Decreto-Lei n 236/98), faltando-lhe todavia critrios mais especficos de qualidade microbiolgica e tambm critrios em relao aos sistemas de rega utilizados e caractersticas dos solos a regar e salinidade. Nessas condies, fazem-se algumas recomendaes relativamente a concentraes de microrganismos patognicos, expressos em cfu (colony forming unit) / 100 ml de E.coli, de acordo com recomendaes do 2 Seminrio em Reutilizao de guas Residuais no Mediterrneo (2001): Rega de espaos verdes (parques, jardins, campos de golfe e de outros desportos), estufas, hidroponia e culturas hortcolas - 200 cfu / 100 ml; pomares e vinhas regados por asperso - 200 cfu / 100 ml, pomares e vinhas regados gota a gota e forragens - 1000 cfu / 100 ml; culturas industriais - 1000 cfu / 100 ml.
190
Percentagem de Cl
Para o caso de problemas de salinidade, os aspectos mais importantes referiram-se na alnea 11.2.2.1. Atravs da literatura disponvel, com vista a evitar problemas de contaminao, sugerem-se que se verifiquem as seguintes medidas: a) Profundidade mnima da toalha fretica (Beltro et al., 1996b): 1) Sistema de rega gota a gota superficial -1.5 m 2) Sistema de rega gota a gota enterrada ou miniasperso - 2 m 3) Sistema de rega por asperso - 3 m 4) Sistema de rega por gravidade - 5 m Estes valores podero ser diminudos de 20 %, para texturas e teores de gua do solo (potencial mtrico do solo) mais favorveis. b) Distncia mnima a zonas urbanas 1) Velocidade do vento durante a rega superior a 2 m s-1 Rega por asperso - 500 m (Beltro, 1976; Oron & Beltro, 1993) Rega por miniasperso 100 m 2) Velocidade do vento durante a rega inferior a 2m s-1 Rega por asperso - 200 m Rega por miniasperso - 50 3) Calma - sem vento durante a rega Rega por asperso - 100 m Rega por miniasperso - 20 m c) Identificao do local regado com guas residuais depuradas 1) Estes locais devero estar identificados com a designao "gua no potvel". 2) Sempre que haja problemas de poluio na regio, no local de recepo dos efluentes, nas respectivas bacias de recepo e/ou no equilbrio ecolgico do meio, dever essa regio passar a ser classificada Zona Poluda, devendo a mesma ser identificada com sinais inerentes aos perigos em causa. d) Profundidade de rega com gua residual depurada, mxima aconselhvel, para valores de profundidades da toalha fretica superiores a 5,00 m: Espcies herbcias - 1,00 m rvores de fruto - 1,50 m Floresta - 2.00 m
Como foi dito, a legislao portuguesa (QUADRO 4) admite a reutilizao de guas residuais adequadamente tratadas para grande parte das culturas (Decreto-Lei n 236/98), faltando-lhe todavia critrios mais especficos de qualidade microbiolgica e tambm critrios em relao aos sistemas de rega utilizados e caractersticas dos solos a regar e salinidade. Verifica-se que as regies mais a sul de Portugal (Alentejo e Algarve) so as de maiores necessidades hdricas, sendo, por isso a reutilizao de guas residuais j utilizada, com crescente desenvolvimento a partir de 1987 atravs do programa PEDAP (Marecos do Monte, 1996). Contudo destas regies, o Algarve que possui maiores necessidades hdricas mais elevadas durante o Vero, devido ao elevado fluxo turstico que se verifica nesta poca, acrescido pelo elevado nmero existente de campos de golf e exploraes hortofrutcolas. Esta reutilizao das guas residuais tratadas na rega ser muito mais interessante nesta regio, principalmente nos pomares e vinhas (rega gota a gota e miniasperso) e nos campos de golf (rega por asperso), aonde j se nota a sua reutilizao. Em Portugal a reutilizao de guas residuais tem sido quase exclusivamente efectuada na rega de espaos verdes (parques, jardins, campos de golfe e de outros desportos), estufas, pomares e vinhas, culturas hortcolas e outras de consumo humano, culturas industriais, forragens e viveiros). Contudo, a reutilizao das guas residuais tratadas poderia estender-se tambm a usos residenciais (sistemas de ar condicionado, lavagem do automvel, jardim privado, autoclismos), usos urbanos (lavagem das ruas, combate a incndios, fontes decorativas), usos industriais (refrigerao), usos florestais (combate a incndios, descargas na floresta), e recarga de aquferos.
191
Parmetros
Smbolos Unidades
Os estudos a efectuar com a rega com guas residuais tm normalmente dois objectivos: O primeiro relaciona-se com os nveis de contaminao provocada por essas guas no solo, linhas de gua receptoras e nas culturas com elas regadas para os diferentes sistemas de rega. O segundo objectivo relaciona-se com a resposta da produo e crescimento das culturas rega com guas residuais, incluindo alm da componente gua (Asano, 1998), a componente fertilizante (Costa et al.,2002). A rega por asperso com guas residuais aplicada principalmente no Algarve, em campos de golfe. Inicialmente, a rega era efectuada apenas em viveiros de relva e em zonas vedadas aos golfistas, como preveno contaminao. Contudo, com a adopo de tratamentos tercirios adequados e, principalmente, com a aplicao das radiaes ultravioletas e dos modernos filtros, nomeadamente membranas, o nvel de concentrao patognica de tal modo baixa, que no de prever a contaminao das relvas. Os problemas causados pelos sistemas de rega no convencional, (nomeadamente os relacionados com reutilizao de guas residuais) podero ser estudados, recorrendo a modelos de simulao, respectivamente, para aspectos de contaminao ambiental (Beltro et al., 2002 b) e para aspectos econmicos (Penkova et al., 2002). Em relao s guas residuais agrcolas, os chorumes so utilizados, juntamente com os dejectos slidos triturados das instalaes pecurias, sendo distribudos no solo atravs de aspersores especiais, que possuem agulhetas de maior dimetro e em borracha para permitirem mais facilmente a passagem de matrias slidas. Dado o seu pobre teor em fsforo em relao aos restantes macronutrientes usual fazer a sua correco. evidente que os chorumes so IMPRPRIOS para utilizao na rega localizada.
192
Fig. 8 - Campo experimental de batateira, regada por asperso, com udmetros para a determinao da eficincia de distribuio Ed.
(15)
11.4.2 Eficincia de distribuio (ed); referncia ao coeficiente de uniformidade de distribuio de gua de christiansen (cuc)
frequente utilizar o coeficiente de uniformidade de distribuio de gua Christiansen (CUC) como a eficincia de distribuio Ed Ed (CUC) = 100 {1 - [ ( | X | ) / (m x n) ] } em que m - mdia (sistemas de rega por gravidade - profundidade de rega; sistema de rega sob presso - dotao de rega) X - desvio mdia n - nmero de observaes (amostras recolhidas de amostras) A Fig. 8 mostra um campo experimental de batateira, regada por asperso onde foram recolhidas amostras dos udmetros para determinao da eficincia de distribuio. A eficincia Ed est relacionada principalmente: com a) caractersticas fsicas do solo e declive; b) velocidade do vento, diagrama pluviomtrico, caractersticas de funcionamento e qualidade dos aspersores e grau de pulverizao (sistemas de rega por asperso); problemas de entupimento e qualidade dos gotejadores ou miniaspersores (sistemas de rega localizada). (14)
Temp. ( C) 0,0 0,5 5 1,0 2,0 10 2,0 3,0 15 3,0 4,0 20 3,5 4,5 25 4,0 6,0 30 6,0 8,0 35 8,0 9,5 40 12,0 13,0 45 15,0 17,0
1,0 4,0 5,0 5,5 6,0 7,5 8,5 10,5 14,0 18,5
1,5 5,0 6,0 6,5 7,5 9,0 10,0 11,5 15,0 20,0
2,0 7,0 7,5 8,0 9,0 10,0 11,5 13,0 17,0 21,0
2,5 9,0 9,5 10,0 12,0 12,5 13,5 16,0 19,0 23,0
3,0 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 16,0 18,0 21,0 25,0
3,5 15,0 16,0 16,5 17,0 18,0 20,0 21,5 25,0 30,0
4,0 20,0 21,0 22,0 22,5 24,0 25,5 27,0 31,0 35,0
4,5 25,0 26,0 27,0 28,0 30,0 31,5 33,0 36,0 40,0
5,0 30,0 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 37,0 40,0 45,0
193
- temperatura durante a rega - rega por asperso - grau de pulverizao, diagrama pluviomtrico, qualidade e caractersticas dos aspersores; e velocidade do vento - rega localizada - problemas de entupimento, qualidade e caractersticas dos gotejadores e miniaspersores A transpirao, a assimilao e a produo esto associadas, porque o vapor de gua e o CO2 passam atravs dos mesmos estomas, utilizando-se geralmente para expressar as relaes entre estes parmetros o coeficiente de transpirao CT, definido por (Achtnich,1966): CT = T / MS T - transpirao (m3 de gua); MS - matria seca produzida (kg) Valores mdios de CT : cana de acar (0,7 - 1,0); luzerna (0,6 - 0,9); batata (0,3 - 0,6); ervilha (0,4 - 0,5); milho (0,2 - 0,4), amendoeira (0,3 - 0,5), feijo (0,45 - 0,55), trigo (0,35 -0,50), beterraba (0,30 - 0,50), Para o clculo da eficincia total Er no caso da rega gota a gota, Keller e Karmeli (1975) consideram apenas a transpirao T e no a evapotranspirao real da cultura ETa, visto que das componentes da evapotranspirao, a evaporao directa no estar associada produo, ao contrrio do que se verifica com a transpirao. Assim este tipo de eficincia dever ser apenas aplicado no caso da rega gota a gota superficial e subterrnea. No caso especial da rega gota a gota subterrnea toda a gua aplicada ser consumida praticamente apenas por transpirao (Oron e Beltro, 1993), sendo neste caso T = ETa. Os principais parmetros que condicionam a relao transpirao / evapotranspirao so o ndice de rea foliar IAF, a radiao e o compasso (Beltro & Ben Asher,1997b; Beltro et al., 1997). Nestas condies, a eficincia total Er(T) seria dada pela expresso: Er(T) = RT . Ed sendo RT = 100 (T / Wf) em que Er (T) - eficincia total Er especfica para o caso da rega gota a gota. RT - relao de transpirao (22) (21) (20)
11.5 Eficincia de rega e consumo de energia nos sistemas de rega sob presso
11.5.1 Valores mdios e tcnicas de maximizao da eficincia de rega
Os valores mdios geralmente atribudos eficincia de rega Er a nvel da parcela de rega so: gravidade (0,40 - 0,80); subterrnea (0,80); asperso (0,70 - 0,85); miniasperso (0,85 - 0,90); gota a gota superficial (0,90 - 0,95); gota a gota subterrnea (0,95 - 1,00). Maximiza-se a eficincia de rega - MAXIMIZANDO A TRANSPIRAO E A UNIFORMIDADE DE DISTRIBUIO DE GUA E MINIMIZANDO A EVAPORAO DIRECTA. Parmetros que condicionam a eficincia de rega - caractersticas fsicas do solo - declive do solo
194
- nmero de dias teis por semana; - altura manomtrica total (m); - rendimento total dos grupos motor-bomba (%); 2 - As dotaes de rega dirias de ponta esto compreendidas entre 4 e 6 mm d-1 (40 a 60 m3 ha-1) e os volumes anuais de rega entre 3400 e 5100 m3 ha-1 (valores teis tericos, isto , sem incluir a eficincia e rega e a percentagem de solo humedecido). 3 - A percentagem de solo humedecido, de acordo com o conceito de Keller e Karmeli (1975), no que respeita rega localizada, est compreendida entre 30 e 50 % nos pomares, e 50 a 70 % nas culturas hortcolas ao ar livre, e 70 a 90 % nas culturas hortcolas e ornamentais em estufa. 4 - Quanto s culturas em estufa: - no aproveitamento das guas pluviais; - ocupao ao longo do ano na ordem de 80 %; - diminuio da evapotranspirao da ordem dos 30 %
QUADRO 6 - ELEMENTOS E PARMETROS DE REGA A UTILIZAR NO CLCULO DO CONSUMO DE ENERGIA DAS INSTALAES DE REGA SOB PRESSO
DURAO TIL DAS REGAS Por dia (h) Por semana (d) NECESSIDADES HDRICAS dbito de ponta (m3 h-1) volume anual (m3)
TIPO DE INSTALAO
REGA POR ASPERSO Estacionrias - Mveis - Semi-fixas - Fixas Semoventes - Sistemas pivot - Canhes autom. REGA LOCALIZADA Miniasperso Gota a gota sup. Pomares Hort. ar livre Hort. orn. estufas 92 92 95 20 20 20 7 7 7 40 35 35 1,1-1,6 1,5-2,3 1,0-1,6 1800-2800 2600-2900 1700-2000 90 20 7 40 1,1-2,7 1900-2800 85 70 20 16 7 5,5 80 100 2,7-4,0 4,5-6,8 4500-6800 4900-7300 80 80 85 10 12 18 5,5 5,5 7 60 60 60 6,4-6,9 5,3-8,0 2,6-3,9 4300-6400 4300-6400 4000-6000
195
Os valores dos elementos apresentados nos QUADROS 6 e 7 devero ser utilizados com alguma reserva, uma vez que representam valores mdios para condies mdias. Os valores apresentados mostram uma grande diversidade de valores entre os vrios sistemas de rega, tipos de instalao e modalidades respectivas de funcionamento. Mostram-se, principalmente, diferenas entre a rega por asperso (e o que se verifica entre as instalaes estacionrias e semoventes) e a rega localizada, nomeadamente no que diz respeito s potncias dos grupos motor-bomba e ao consumo anual de energia (elctrica ou trmica). H ainda duas grandes vantagens que contribuem para diminuir o consumo de energia, a saber - a) o aumento do nvel de automatizao, quer para os sistemas de rega por gravidade (Serralheiro, 1986), quer para os sistemas de rega
sob presso (Raposo, 1996a) que, alm de contribuir para a diminuio da mo de obra, permite um controlo da rega muito maior, conseguindo-se obter consumos mais baixos; b) o aumento do rendimento do grupo motor-bomba e a pressurizao a presso constante, garantindo o bombeamento da gua o mnimo consumo de energia. Nos QUADROS 8 e 9 apresentam-se valores representativos do custo do m3 de gua em zonas ridas de Portugal (Algarve) e de Espanha (Baleares), de acordo com estudos efectuados, respectivamente por Raposo e Beltro (1982) e Costa (2003) para o Algarve e Brissaud (2003) para as Ilhas Baleares. Nestes valores foram includos os custos dos materiais dos sistemas de rega sob presso e os problemas econmicos a que esto associados, como os prazos de amortizao, longevidade e manuteno das instalaes (Beltro, 1986).
196
QUADRO 8 - CUSTO MDIO DA GUA DE REGA NO ALGARVE, EM FUNO DA SUA ORIGEM (EURO/m3)
ORIGEM DA GUA Subterrneas Part. Superficiais Rede superficiais Residuais tratadas* Na parcela Energia aplicada Instalao TOTAL 0,04 --0.06 --0,05 0,05 0,01 0,05 0,15 0,15 0,15 0,15 24 20 22 20
1) eficincia de rega, incluindo a das utilizaes polivalentes; 2) nvel de automatizao; 3) controlo da rega; 4) descontaminao ambiental (recursos hdricos no convencionais); 5) rendimento dos grupos motor-bomba;
QUADRO 9 - CUSTO MDIO DA GUA DE REGA NAS I. BALEARES (Brissaud, 2003), EM FUNO DA SUA ORIGEM (EURO / m3).
ORIGEM DA GUA Subterrneas Part. Superficiais Rede superficiais Residuais tratadas Residuais tratadas c/ tratamento adicionais Total 0.27 0,23 0,25 0,12 0,12- -0,23
11.6 Concluses
Como notas finais deste captulo podemos salientar a importncia da eficincia de rega no que respeita quer ao consumo de energia, quer aos custos do material dos respectivos sistemas de rega. Por outro lado, salienta-se a polivalncia das instalaes de rega sob presso, atravs de outras aplicaes adicionais rega por humedecimento. A utilizao das guas de fontes no convencionais dever ser maior nas regies mais ridas para suprir a falta de gua potvel e para aumentar a fertilidade do solo; contudo, tal prtica deve ser efectuada com o maior cuidado dados os riscos ambientais e de sade que envolve; para manter a sustentabilidade dos espaos verdes e dos campos agrcolas, o seu controlo dever ser efectuado atravs de tcnicas limpas e ambientalmente seguras. Em relao ao desenvolvimento dos regadios em Portugal, verifica-se que os sistemas de rega sob presso comearam a substituir nos anos sessenta, atravs da rega por asperso, os sistemas de gravidade convencionais; a partir dos anos oitenta, a rega gota a gota superficial e a miniasperso comearam a desenvolver-se em culturas em linhas (hortofruticultura), tendo j surgido nestes ltimos anos sistemas de rega gota a gota subterrnea, com evidente economia de gua. Os custos elevados do consumo de energia e dos materiais dos sistemas de rega sob presso e os problemas econmicos e ambientais a que esto associados, levar no futuro a que os sistemas de rega sob presso sejam melhor concebidos e projectados, alm de uma manuteno feita em boas condies. Concorre para isso a maximizao dos seguintes parmetros e actividades:
197
Beltro, J.; Oron, G.; Salgot, M.; Alexandrov, V.; Khaydarova, V.; Menzhulin, G.; Pak, E.; & Penkova, N. 2002b). Composite models for agricultural and recreational effluent reuse: decision under various conditions in different countries. Proceedings of the 5th Conference on Water resources Management in the ERA of Transition (September, 4 - 8, 2002). Athens, Greece. European Water Resources Association:396-403. Ben Asher, J.; Beltro, J. Costa, M.; Ana, S.; Cuartero, J.; & Soria, T. 2002. Modeling the effect of sea water intrusion on ground water salinity in agricultural areas in Israel, Portugal, Spain and Turkey. Acta Horticulturae 573:119-128. Brissaud, F. 2003. Water reuse planning in two European islands. International Seminar on Watewater Reclamation and Reuse (September 25-26, 2003). Izmir, Turkey: AGBAR Foundation: 3-4. Costa, M. 2003 - Utilizao de agues residuais depuradas na rega e de lamas urbanas como fertilizante dos solos no Algarve. Tese de doutoramento, Universidade do Algarve, Faro. Costa, M.; Dionisio, L.; Brito, J.; Matos, L.; Rebelo, J.; Guerrero, C; Gamito, P.; & Beltro, J. 2002. Response of fairway grasses of golf courses to potable irrigation as compared to wastewater irrigation. Acta Horticulturae 573:357-362. Cuartero, J.; Pulido, J. M.; Gomez-Guillaumon; M.L.; and Alvarez, M. 2002. Salt removal potential of Barley, alfalfa, Atriplex patula and A prostata. International Symposium on Techniques to Control Salination for Horticultural Productivity, Antalya Turkey. Acta Horticulturae 573:387391. Dasberg, S. & Bresler, E. 1985. Drip irrigation manual. International Irrigation Information Center, Bet Dagan, Israel. Dasberg, S. & Or, D. 1999. Drip irrigation. Applied Agriculture, Springer Verlag, , New York. Decreto-Lei n 236/98. Dirio da Republica (I srie) 176 de 1/8/98: 3676-3722. Doorenbos, J; & Kassam, A.H. 1979. Yield response to water. FAO Irrig. and Drain. Paper 33, FAO, Rome. Gamito, P.J. 1998. Estudo de guas residuais urbanas Tratamentos e Reutilizao na Rega. Relatrio final. Licenciatura em Eng. Hortofrutcola, UCTA, Universidade do Algarve, Faro. Hillel, D. 1980a). Fundamentals of Soil Physics. Academic Press. New York. USA: Hillel, D. 1980b). Appications of Soil Physics. Academic Press. New York. USA: Jones, C.A.; & Kiniry, J.R. (eds.). 1986. Ceres-Maize: a simulation model of maize growth and development. Texas A. & M. University Press; College Station, Texas, USA. .
198
Keller, J. & Karmeli, D. 1975. Trickle irrigation design. Rain Bird Sprinkler Manufacturing Corporation, Glendora, Califrnia, USA. Lus, M.L. 2003. Resposta de seis cultivares de citrinos rega gota a gota, com gua residual. Relatrio final, Licenciatura em Eng. Agronmica, FERN, Universidade do Algarve, Faro. Marecos do Monte, M.H.F. 1996. Contributo para a utilizao de guas residuais tratadas par a irrigao em Portugal. Tese de doutoramento, IST, Universidade Tcnica, Lisboa. Mayer, R. 1945. A tcnica do regadio. Coleco "A Terra e o Homem", Lisboa, 1945. Oliveira, I. 1993. Tcnicas de regadio. Instituto de Estruturas Agrrias e Desenvolvimento Rural, Lisboa. Oron, G.; & Beltro, J. 1993. Complete environmental effluent disposal and reuse by drip irrigation. Developments in Plant and Soil Sciences 53: 153-156. Pedras, C. 2003. Sistemas de apoio deciso para projecto e anlise de funcionamento de sistemas de rega sob presso (rega localizada). Tese de doutoramento, Universidade do Algarve, Faro. Penkova, N.; Beltro, J.; Oron, G.; Salgot, M.; Alexandrov, V.; Khaydarova, V.; Menzhulin, & Pobereijsky, L. 2002. Secondary wastewater reuse as a component of integrated water resources management. Proceedings of the 5th Conference on Water resources Management in the ERA of Transition (September, 4 - 8, 2002). Athens, Greece. European Water Resources Association:366-374. Pereira, L. S. 2004. Necessidades de gua e mtodos de rega. Coleco Euroagro, Publicaes Europa-Amrica, Mem Martins, Portugal. Raposo, J. R. 1994. A rega por asperso. Coleco Tcnica Agrria 8. Livraria Clssica Editora, Lisboa. Raposo, J.R. 1996a. A rega localizada (gota a gota e miniasperso). Edies Correio Agrcola, Lisboa. Raposo, J.R. 1996b. A rega dos primitivos regadios s modernas tcnicas de rega. Fundao Calouste Gulbenkian, Lisboa. Raposo, J. R.; & Beltro, J. 1982. Quelques lments essentiels sur les installations d'irrigation sous pression au Portugal. 1res Journes Luso-marocaines. Hommes, Terre et Eaux, 46:37-42. Rosado, V. 2002. Impacte ambental em campos de golfe (estudos preliminares). Relatrio final. Licenciatura em Eng. Ambiente, FCMA, Universidade do Algarve. Seminar (2nd) on Water Reuse in the Mediterranean. 2001. Technical document. Rabat, Morocco. Serralheiro, R. 1986. Sistemas de rega por gravidade. Painel dos Recursos Hdricos do Algarve - Silves e Alvor. Associao Portuguesa dos Recursos Hdricos. Faro.
Serralheiro, R. 1986. Sistemas de rega por gravidade. Painel dos Recursos Hdricos do Algarve - Silves e Alvor. Associao Portuguesa dos Recursos Hdricos. Faro. Shalhevet, J. ; Mantell, A. ; Bielorai, H. ; & Shimshi, D. 1981. Irrigation of field and orchard crops under semi-arid conditions. International Irrigation Information Center, Bet Dagan, Israel. Taylor, H.M.; Jordan, W.A.; Sinclair, T.R. (eds.) 1983. Limitations to efficient water use in crop production. ASA, Madison, Wisconsin, USA.
199
200
Lus Olival
Gestor de Projectos de Engenharia da Hovione FarmaCincia, S.A.
201
202
A Hovione
Hovione uma empresa portuguesa dedicada qumica farmacutica. Investiga e produz com alta tecnologia e qualidade, substncias activas farmacuticas. Estes produtos - exportados para mercados to exigentes quanto os dos Estados Unidos, Japo, Unio Europeia e Austrlia constituem a base activa dos medicamentos formulados por laboratrios farmacuticos, clientes da empresa. Fundada em 1959 por Ivan Villax, investigador qumico, a Hovione tem duas unidades fabris, em Loures e em Macau, e um Centro de Transferncia de Tecnologia em New Jersey, nos EUA.
A principal actividade da Hovione consiste na investigao e desenvolvimento de processos de sntese e na produo de substncias activas farmacuticas, apresentando duas vertentes de negcio: os produtos genricos e o outsourcing (produo em exclusivo para terceiros). Na rea dos produtos genricos, a Hovione desenvolve a sua actividade atravs de processos de sntese prprios, dos quais se destacam trs grandes linhas de produtos: os antibiticos do grupo das tetraciclinas, que so agentes anti-infecciosos usados na preparao de cpsulas e comprimidos; os corticosterides, utilizados como anti-inflamatrios e anti-alrgicos na preparao de pomadas e aerossis; os agentes de diagnstico radiolgico, usados na preparao de injectveis, que permitem a visualizao das veias, artrias e rgos nos exames radiogrficos. Durante a dcada de 90, a empresa desenvolveu a segunda vertente do negcio, iniciando contratos de desenvolvimento de processos e fabricao de novos produtos para terceiros, incluindo anti-virais e terapias anti-SIDA, anti-parasticos e produtos utilizados em terapias oncolgicas, um negcio que neste momento representa 40% do seu volume de vendas. A Hovione j desenvolveu mais de 100 processos de sntese qumica prprios e detm um nmero elevado de patentes a nvel mundial. Com uma facturao anual de aproximadamente 68 milhes de Euros, o Grupo Hovione investe cerca de 8% do seu volume de vendas em investigao e desenvolvimento, 6% em projectos ambientais, 5% em qualidade e 1% em formao, sendo de destacar a aposta feita na rea da qualidade e da pesquisa, nas quais emprega mais profissionais do que na produo. As duas fbricas da Hovione so inspeccionadas e aprovadas pela Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos, ambas so certificadas ISO9000. Cerca de 660 profissionais, de dez nacionalidades diferentes e com idade mdia de 37 anos, trabalham na Hovione. Outra rea que tem merecido grande dedicao por parte da Hovione a que diz respeito proteco ambiental, na qual investiu, desde 1990, 14,1 milhes de Euros, e que lhe valeu, em 1992, o prmio de Melhor Meio Ambiente na Indstria, atribudo pela Comisso Europeia e pelo Programa Ambiental das Naes Unidas. Exemplo do compromisso que assumiu com as questes ambientais o facto de ter subscrito o Responsible Care Program e utilizar tecnologias GreenCycleTM.
203
204
12.1 Introduo
O equipamento utilizado na produo de Princpios Activos para a Indstria Farmacutica, por sntese qumica, requer um elevado grau de exigncia em termos de Qualidade, Segurana, Ambiente e Sade Ocupacional. As bombas centrfugas Grundfos so utilizadas em diferentes operaes do processo de fabricao de Princpios Activos, que vo desde a simples trasfega de solventes ou misturas reaccionais, at sistemas sofisticados de filtrao por Osmose Inversa, ou ainda sistemas de distribuio e circulao de fluidos.
eroso mecnica. As zonas de frico devem ser devidamente acauteladas de modo a minimizar o risco de libertao de partculas resultantes da eroso ou desintegrao para o processo. No caso das bombas deve ser dada ateno aos empanques mecnicos, aos impulsores, s chumaceiras e s juntas. A manuteno preventiva dever recorrer a inspeces peridicas visuais de todas as zonas crticas. assim exigido ao fornecedor de equipamentos de processo suporte documental (quando aplicvel) para: lista e certificado de materiais; desenhos de construo mecnicos/elctricos/ /funcionais; relatrios dos testes em fbrica; manuais de operao/manuteno c/ recomendao de peas de reservas; lista de lubrificantes; garantias e certificaes.
12.2.2 Segurana
Uma vez que no fabrico de produtos farmacuticos de base so utilizadas, em grande quantidade, substncias inflamveis, os equipamentos utilizados tm que estar preparados para funcionar em ambientes com potencial perigo de exploso, ou seja tm que ser construdos e instalados em conformidade com a Directiva ATEX 94/9/CE, em vigor desde 30 de Junho de 2003. Esta directiva cobre os requisitos tcnicos a serem considerados, desde a certificao dos componentes elctricos como anti-deflagrantes para a classe de temperatura a que possam estar sujeitos, bem como certificao que ateste a adequabilidade da soluo ao processo e local onde se insere. Esta certificao resultante de uma avaliao dos riscos envolvidos, de forma a projectar o equipamento e a sua instalao de modo a evitar a formao de atmosferas explosivas e fontes de ignio, e quando se verifique uma exploso o equipamento dever ter meios que permitam interromper imediatamente a deflagrao e/ou limitar os seus efeitos.
12.2.1 Qualidade
O fabrico de produtos farmacuticos de base regido por uma elevada exigncia de qualidade, sendo necessrio um levantamento de todos os factores de risco que possam afectar a especificao do produto. Assim, para todos os equipamentos que contactem directamente com o produto, necessrio fazer uma evidncia documental do controle dos possveis contaminantes externos, provenientes desses equipamentos, que possam afectar a qualidade do produto. No caso das bombas centrfugas de processo, os contaminantes externos podem surgir de: lubrificantes ou fluidos de selagem usados nos equipamentos de processo. Quando admissveis, os lubrificantes devero ser de qualidade alimentar. resduos de aplicaes anteriores. O desenho dos equipamentos deve ser tal que minimize as zonas mortas, tenha superfcies no rugosas e isentas de fissuras. Facilidade de desmontagem e montagem com reduzido nmero de peas so factores tambm a considerar na escolha de uma bomba. elastmeros (empanques, juntas, etc.) no adequados ao processo, podem degradar-se por aco qumica e/ou trmica. produtos resultantes da corroso, nomeadamente metais pesados. Materiais de construo devem ser seleccionados de modo a minimizar a corroso qumica dos componentes metlicos.
12.2.3 Ambiente
A directiva Europeia IPPC (Integrated Pollution Prevention and Control) tem como objectivo a preveno integrada e o controlo da poluio resultante da produo industrial, abrangendo tambm as indstrias de sntese qumica. As emisses de COV's (Compostos Orgnicos Volteis) localizadas e difusas, tm a obrigao legal de serem determinadas e manifestadas oficialmente. Essas emisses devem ser minimizadas nas fontes, atravs de solues BAT (Best Available Techniques), abordadas no documento de referncia do IPPC. Em relao a equipamento de bombeamento centrfugo, referido no documento do IPPC a particular ateno que deve ser prestada selagem, uma vez que tem que ser garantida a vedao permanente entre os elementos rotativos e estticos, de forma a evitar perdas para o exterior. referido com BAT a utilizao de empanques mecnicos simples ou duplos, e em caso de bombeamento de lquidos com elevado grau de perigosidade ou toxicidade devem ser utilizados empanques magnticos.
205
Outra aplicao de Osmose Inversa na Hovione, consiste em concentrar 20m3/h de uma soluo de Princpio Activo, desde uma concentrao de 60g/lit at uma concentrao de 150g/lit. Retido 8 m3/h Alimentao 149 g/ lit. 20 m3/h Osmose Inversa 60 g/ lit. Membrana Permeado 12 m3/h 0.5 g/ lit.
Fig. 3 - Osmose Inversa - Diagrama de processo
As condies operatrias necessrias so: Numero de mdulos em paralelo = 2 (Para aumentar a flexibilidade) Caudal de cada mdulo = 10 m3/h Presso de permuta = 40bar Bombas seleccionas por mdulo = 2 x CRN16-160 em srie. Nas figuras seguintes apresenta-se o diagrama da instalao e uma fotografia do sistema.
Retido Permeado
Alimentao
206
M Cp K 1 Tin T 1 ln = q. cp K t Tin T 2
Em que:
(1)
UA K = exp q cp
As variveis das Equaes 1 e 2 so:
(2)
Tin a temperatura de entrada do fluido de circulao (C); T1 a temperatura inicial da mistura reaccional (C); T2 a temperatura da mistura reaccional ao fim do tempo t; M a massa de mistura reaccional que se pretende aquecer ou arrefecer (kg); Cp a capacidade calorifica mdia da mistura reaccional, no intervalo de temperaturas considerado (kcal / kg.C);
q a massa especfica do fluido trmico (kg/m3) temperatura da operao. cp a capacidade calorfica mdia do fluido trmico, no intervalo de temperatura considerado (kcal / kg.C). U o coeficiente global de transferncia de calor (kcal/ /h.m2.C), que depende da condutividade trmica de todos os materiais envolvidos na transferncia trmica e da turbulncia do seu movimento. O valor de U pode ser estimado teoricamente ou determinado experimentalmente;
207
A a rea total (m2) atravs da qual se d a transferncia trmica, e depende da geometria do equipamento e da quantidade de mistura reaccional;
M (kg)
QUADRO I - PARMETROS
Aquecimento 4000 1.01 300 10 925 0.43 977 0.38 0.99 280 Arrefecimento
No ponto 12.3.2.1.2 dado um exemplo ilustrativo da aplicao das expresses 1 e 2, para determinao do caudal da bomba de circulao, em condies de aquecimento e arrefecimento.
(kg / m3)
cp (kcal / kg.C)
100 90 80
Temperatura (C)
70 60 50 40 30 20 10
5m3/h 10m3/h 15m3/h 20m3/h
12.3.2.1.2 Exemplo de aplicao Seleco de uma bomba para um circuito trmico de um reactor de 4000lit. de capacidade, no qual se pretendem as seguintes condies operatrias: a) Aquecimento da mistura reaccional desde uma temperatura inicial T1=25C at uma temperatura final de T2=100C, com um fluido trmico a uma temperatura de entrada de Tin=120C; b) Arrefecimento da mistura reaccional desde uma temperatura inicial T1 = 25C at uma temperatura final de T2=0C, com o mesmo fluido trmico a uma temperatura de entrada de Tin=-15C. Considerar para perda de carga total do circuito o valor de 20m.c.a. Utilizando as Equaes 1 e 2, de uma forma iterativa, e os parmetros do sistema apresentados no Quadro I, obtm-se o grfico de variao da temperatura da mistura reaccional no tempo, para diferentes caudais de circulao.
0 0.0 0.3 0.7 1.0 1.3 1.7 2.0 2.3 2.7 3.0 3.3 3.7 4.0 Tempo (h)
Analisando o grfico da fig. 8, verifica-se que deixa de haver uma diminuio significativa do tempo total de aquecimento e de arrefecimento quando se aumenta o caudal de circulao de 15m3/h para 20m3/h. Considerando o valor de caudal de 15m3/h e uma altura manomtrica de 20m.c.a, uma bomba adequada para a circulao de fluido trmico atravs da camisa de um reactor de 4000lit. de capacidade seria uma CR16-30.
208
Para realizar aquecimentos necessrio dispor de um fluido trmico a uma temperatura elevada, cujo valor depende da temperatura mxima exigvel para o processo, nunca podendo ser superior temperatura admissvel para o equipamento. Geralmente a temperatura mxima utilizada nos processos de produo de Princpios Activos situa-se entre 120C e 150C. A produo do fluido nesta gama de temperaturas pode ser realizada por circulao atravs de permutadores de calor alimentados com vapor ou atravs de resistncias elctricas.
O factor de simultaneidade tem em conta que no expectvel que todos os equipamentos de uma instalao estejam a trabalhar na sua capacidade trmica mxima em simultneo. Este factor pode ser obtido por estimativa baseada no grau de utilizao dos equipamentos, ou utilizando equaes estatsticas, como o exemplo da equao 3.
f =
1 n 1
(3)
HTF
A utilizao de modelos matemticos requer uma anlise cuidada do valor obtido, baseada na experincia de instalaes similares e no bom senso. 12.3.2.2.3 Caudal A determinao do caudal necessrio para um sistema de distribuio de fluido trmico feita de forma idntica determinao da capacidade energtica, descrita no ponto anterior, tendo em considerao o somatrio de todos os caudais necessrios de todos os equipamentos alimentados pelo circuito, e aplicando o factor de simultaneidade. Para obviar a variao das necessidades energticas conveniente que a distribuio de fluido trmico se faa a caudal varivel, o que se consegue atravs da variao de velocidade das bombas de distribuio, em funo da nmero de consumidores em funcionamento.
Para efectuar o arrefecimento necessrio dispor de fluido trmico a uma temperatura reduzida, cujo valor depende da temperatura mnima exigida pelo processo e que no poder ser inferior temperatura mnima admissvel para o equipamento. Geralmente a temperatura mnima utilizada nos processos de produo de Princpios Activos situa-se entre os -30C e os -15C, em casos especiais poder haver necessidade de uma temperatura criognica, na ordem dos -100C. A produo do fluido trmico a -30C faz-se normalmente por circulao atravs de uma mquina frigorifica, ou de um permutador. Geralmente para os sistemas trmicos de unidades de produo de Princpios Activos justifica-se economicamente a existncia de um circuito trmico a uma temperatura intermdia. Este fluido tem como principal funo efectuar o primeiro arrefecimento ou aquecimento, quando o equipamento est a temperaturas extremas. A escolha da temperatura mais adequada depende da utilizao preferencial e do balano econmico e poder ser cerca de 25C, que se obtm fazendo circular o fluido por um permutador por onde circule gua arrefecida em torres de refrigerao, ou cerca de +5C a +10C para o qual necessrio ter uma mquina frigorfica.
12.3.2.2.2 Capacidade energtica A capacidade energtica de um sistema de distribuio de fluidos trmicos depende do nmero e capacidade dos equipamentos que vo ser alimentados e tambm do factor de simultaneidade da instalao.
O ajuste do valor da velocidade feito de forma a manter constante a presso do circuito de alimentao. Assim, quando um consumidor entra em funcionamento a presso do circuito de alimentao tende a baixar, o controlador far aumentar a velocidade da bomba, para que a presso se mantenha no valor de set-point seleccionado. Quando um consumidor deixa de estar em funcionamento o controlador reage de forma inversa. Com este sistema garante-se a alimentao uniforme aos equipamentos, em todas as condies de utilizao da instalao.
209
12.3.2.2.4 Exemplo de Aplicao Seleccionar os sistemas de bombeamento dos circuitos de distribuio de fluido trmico de Aquecimento e Arrefecimento, para uma instalao composta por oito reactores com as capacidades indicadas no Quadro II. QUADRO II - CAPACIDADES
Equip. 1a4 5a8
S
O grfico da figura 11 mostra a variao da potncia absorvida em funo do caudal, para as trs opes consideradas. Verifica-se que no h variao significativa da potncia absorvida.
20 18
Potncia (kW)
Aplicando a Equao 3 para oito reactores, conclui-se que podero estar quatro em funcionamento simultneo. Para o sistema de arrefecimento h a considerar que todos os reactores tm sistemas de condensao de Compostos Orgnicos Volteis (COVs), que estar em funcionamento sempre que o reactor esteja a uma temperatura superior ambiente. Assim devero considerar-se cinco equipamentos em utilizao simultnea. No Quadro III, so indicadas as necessidades energticas e o caudal de distribuio necessrio para o fluido trmico a cada temperatura, tendo em considerao o nmero mximo de equipamentos em funcionamento simultneo na capacidade mxima. QUADRO III - CIRCUITO DE DISTRIBUIO
Capacidade Trmica (kcal/h) Fluido Trmico 2.000.000 Caudal de circulao (m3/h) 120
Pode concluir-se que a Opo I a mais favorvel, por ter menor custo, menor nmero de equipamentos, ambos do mesmo modelo, igual consumo energtico, sendo ainda garantido 50% do caudal mximo em caso de avaria de uma bomba.
Para seleco dos sistemas de bombeamento do fluido trmico s diferentes temperaturas, possvel considerar trs opes diferentes, tal como mostra o Quadro IV: QUADRO IV - SISTEMA DE BOMBEAMENTO CAUDAL TOTAL = 120M3/H; H = 40M.C.A.
Opo Quantidade de Bombas 2 Caudal (m3/h) 60 60 40 II 3 40 40 30 III 3 30 60 Tipo CR64-2 CR64-2 CR45-2 CR45-2 CR45-2 CR32-3 CR32-3 CR64-2 8.000 22 8.600 22.5 Custo Total (Euros) 7.250 Potncia Instalada (kW) 22
210
211
212
213
214
215
216
Ser responsvel a nossa base Pensar mais alm torna tudo possvel A inovao a essncia de tudo o que fazemos