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GRUNDFOS SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO

Manual de Engenharia

Biblioteca Nacional - Catalogação na Publicação

Manual de Engenharia Sistemas de Pressurização

ISBN: 972 - 99554 - 0 - 9

Depósito Legal n.º 223570/05

Copyright © 2005 - Bombas Grundfos Portugal / Margarida Ruas /

Raul Vital / Paulo Ramísio / Eduardo Nunes / Carlos Medeiros /

Ana Amélia Santos / José Beltrão / Pedro Farinha / Luís Olival

Todos os direitos reservados.

Nenhuma parte deste livro poderá ser reproduzida, de qualquer forma

ou meio, sem a autorização prévia do editor.

Edição de: Bombas Grundfos Portugal, S.A.

Impresso em papel ecológico, isento de cloro por:

Expresso Gráfico - Lisboa

BGP - 03/2005

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PREFÁCIO

Actualmente, as sociedades desenvolvidas, na sequência da melhoria da qualidade de vida,têm como expectativa não apenas o acesso fácil ao recurso água mas também elevados padrõesde qualidade no seu abastecimento. Esta exigência arrasta consigo a garantia do fornecimentocontínuo, a sua qualidade intrínseca e as características adequadas ao seu uso, inerentes à quan-tidade e à pressão. Estes critérios de qualidade a que todos nós, de forma crescente, nos fomoshabituando, são aplicáveis, principalmente, ao consumo humano, mas são também extensíveisaos sectores económicos da sociedade, cujo desenvolvimento está na dependência da água.

Para atingir os desejados padrões de qualidade é fundamental o cumprimento da legislaçãovigente e a aplicação das tecnologias mais avançadas, factores que se revelam da maior impor-tância para a optimização dos custos de exploração, dos quais o consumo energético é um factordeterminante, se tomarmos em conta que aproximadamente 20% do consumo mundial de energiaeléctrica se destina a grupos electrobomba. O reconhecimento de que uma das componentes docusto da água reside na sua movimentação, desde a captação à sua utilização, implica que aselecção dos sistemas de pressurização deverão ser cada vez mais eficientes e económicos.

A responsabilidade social e o desenvolvimento sustentado que a Grundfos assume nos seusvalores, sensibiliza-a para a importância da reflexão e do diálogo sobre o tema da água como bemfundamental e escasso. Foi com este espírito presente que o Manual de Engenharia sobre o tema"Sistemas de Pressurização" foi abraçado por um conjunto de docentes universitários e especia-listas, em vários sectores da utilização da água, tendo como objectivo a optimização da eficiênciae da fiabilidade da movimentação da água. O conteúdo deste Manual foi estruturado com infor-mação técnica actualizada, desde a legislação às soluções tecnologicamente mais avançadas,complementado com ferramentas e técnicas para a melhoria do Custo do Ciclo de Vida dossistemas públicos, prediais, industriais e na rega. O conceito de variação de velocidade utilizadonos sistemas hidráulicos, é adaptado em concepções diversificadas, em função das característicasdas aplicações, como processo para optimização do consumo energético.

É aqui inserido um documento de referência, que descreve a evolução histórica do abastecimentode água à cidade de Lisboa e regiões limítrofes, desde a ocupação Romana à actualidade, relatandoos acontecimentos históricos que foram influenciados por essa evolução. É referida a importânciada água para o consumo humano, para a rega e para a higiene pública. É ainda abordada a proble-mática do seu tratamento e as suas propriedades terapêuticas para a cura de diversas doenças.Evoca ainda a importância da água no desenvolvimento da cidade de Lisboa, assim como trans-mite os detalhes da evolução tecnológica nos meios utilizados para o abastecimento da água,desde as nascentes aos consumidores públicos e industriais, até ao abastecimento domiciliáriocom água canalizada.

Este Manual é uma colectânea dos contributos da Grundfos e de todos aqueles que participaramna realização deste projecto, e teve como orientação estratégica a gestão racional da água e a sustentabilidade ambiental. Destina-se à sociedade em geral e em particular aos consultores,projectistas, empresários, empresas municipais e multimunicipais, técnicos, docentes e alunosde universidades e institutos cuja actividade está, directa ou indirectamente, dependente do estudoe da utilização da água.

António MirandaAdministrador Delegado

Bombas Grundfos Portugal

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Bombeamento ou bombagem

Os idiomas não são instrumentos neutros nem modelos estáticos. As línguas maternas reflectemos conceitos vigentes na sociedade, em cada momento, e devem responder às necessidades detodos e de cada um dos falantes. As línguas, como qualquer organismo vivo, mudam com otempo e as vontades. Por isso, há certas palavras e formas de dizer que caem em desuso (morrem,podendo, mais tarde, ressuscitar) e outras que emergem (nascem) para designarem novosobjectos ou conceitos.

As palavras não são unívocas e só o contexto pode indicar o sentido exacto de cada termo.As palavras são polissémicas e podem significar uma "coisa" e o seu contrário.

Serve esta pequena introdução para explicar que, em matéria linguística, são tão legítimas efrequentes as dúvidas como as certezas. E diz-nos a experiência que do natural conflito entrenorma e uso, mais tarde ou mais cedo, é o uso que sai vencedor e se impõe à generalidadedos utentes, de tal modo que o que é incorrecto num dado momento pode ser consideradocorrecto noutro.

A dúvida que suscitou estas reflexões é esta: "bombar ou bombear" e "bombagem ou bombea-mento"?

O substantivo feminino bomba (no caso, a palavra primitiva) tem diferentes sentidos, denotativosuns, conotativos outros. E é empregado na linguagem corrente, mas também em linguagensespecíficas (física, militar, geológica). Para o caso, interessa apenas o significado de "máquina paraaspirar e elevar líquidos; aparelho com que se transvasam ou esgotam fluidos (líquidos ou gases)".Do substantivo bomba derivaram outras palavras, designadamente, o verbo bombear e o subs-tantivo bombeamento. No primeiro caso, juntando a bomba o sufixo verbal -ear (tal como deguerra+ear se formou guerrear e de cabeça+ear derivou cabecear) que encerra um sentidofrequentativo (repetição de uma ideia). Bombear significa "extrair um líquido ou um gás por meiode bomba". Bombeamento formou-se juntando ao verbo (bombear) o sufixo nominal -mento,atribuindo-lhe o sentido de "acção ou resultado da acção, estado". Assim, bombeamentopode designar "a extracção de um líquido ou de um gás por meio de bomba". Embora tambémhaja quem empregue a forma bombagem como sinónimo de bombeamento (o Dicionário daAcademia, aliás, inclui os dois verbetes), bombeamento é, todavia, a forma mais antiga e maisadequada. Pelo menos é esta a opinião dos mais reputados estudiosos da língua portuguesa.

Quer o verbo bombear quer o substantivo bombeamento são as formas a que os mais prestigiadosdicionaristas dão acolhimento. Do velho Morais ao novo Houaiss, passando pelos "Vocabulários"de Gonçalves Viana e José Pedro Machado, todos registam bombear e bombeamento e excluemas outras hipóteses.

Importa apenas acrescentar que o substantivo bombagem também respeita as regras deformação de palavras, ou seja, não colide com a morfologia do nosso idioma.

Edite Estrela

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Índice

3.3.3 Reservatórios de membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.3.4 Reservatórios hidropneumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.3.5 Exemplos de situações-tipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.3.6 Características das centrais hidropneumáticas . . . . . . . . . . 653.4 Sistemas por bombeamento directo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.4.1 Constituição e princípio de funcionamento . . . . . . . . . . . . . 653.4.2 Bombas de velocidade fixa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.4.3 Sistemas com bombas de velocidade variável . . . . . . . . . . . 663.5 Dimensionamento e selecção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.5.1 Determinação do caudal máximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.5.2 Determinação da pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.5.3 Regulação das pressões de arranque e paragem . . . . . . . . . 753.6 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4. Critérios de selecção e análise de sistemas simplesem regime transitório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.2 Modelo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.3 Critérios de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.4 Condições de fronteira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.5 Dispositivos de protecção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.5.1 Volantes de inércia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.5.2 Válvulas de retenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.5.3 Reservatórios de ar comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.6 Circuito de desvio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864.7 Chaminés de equilíbrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864.8 Reservatórios unidireccionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.9 Reservatório parcialmente bidireccional . . . . . . . . . . . . . . . . 884.10 Dispositivos de manutenção das pressões transitórias . . . 884.10.1 Válvulas motorizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884.10.2 Arrancadores suaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884.11 Caso prático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 894.12 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

5. O Custo do Ciclo de Vida como factor de economia . . . . . 915.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.2 O que é o Custo do Ciclo de Vida? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.3 Razões para a utilização do CCV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.4 Determinação do Custo do Ciclo de Vida . . . . . . . . . . . . . . . . 945.5 Implementação da metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965.5.1 Na fase de projecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965.5.2 Aplicação a sistemas existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.6 Exemplos de aplicação do Custo do Ciclo de Vida . . . . . . . . 985.6.1 Sistema de bombeamento existente com uma válvula

de controlo de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985.6.2 Escolha do sistema de pressurização na fase de projecto . . . 995.7 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

6. Sistemas de pressurização Grundfos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1036.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1056.2 Sistemas de pressurização com grupos electrobomba . . .

de velocidade fixa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1056.2.1 Sistema Hydro 100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1056.2.2 Sistema Hydro 1000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1066.2.3 Sistema Hydro 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1076.3 Sistemas de pressurização com grupos electrobomba

de velocidade variável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096.3.1 Sistema Hydro Solo E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096.3.2 Sistema Hydro 2000 E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106.3.3 Sistema Hydro 2000 F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1126.4 Teste de sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Índice

1. Evolução histórica dos sistemas de abastecimentode água a Lisboa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.2 Das origens ao aqueduto romano de Olisipo . . . . . . . . . . . . 111.3 Os antigos chafarizes de Lisboa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4 Propostas para a reconstrução do aqueduto romano . . . . 121.5 O Aqueduto das Águas Livres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.6 Os projectos de Pezerat face à falta de água no século XIX . . . 171.7 A 1ª. Companhia das Águas e o começo

do abastecimento domiciliário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.8 A 2ª. Companhia das Águas e o Alviela . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.9 O projecto de 1908 para captação de água no Tejo . . . . . . 211.10 As municipalizações do abastecimento de água

e a sobrevivência da Companhia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.11 Duarte Pacheco e o contrato de 31 de Dezembro de 1932 . . 221.12 Os problemas da qualidade das águas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.13 As duas opções em confronto - Tejo ou Zêzere . . . . . . . . . . . 251.14 Expansão do abastecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.15 A EPAL e o Castelo de Bode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.16 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2. Conceitos fundamentais de hidráulica, bombascentrífugas e redes hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.2 Princípios da mecânica dos fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.2.1 Propriedades da água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.2.2 Viscosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.2.3 Compressibilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.2.4 Tensão de saturação do vapor de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.3 Conceitos fundamentais de hidrocinemática . . . . . . . . . . . .

e hidrodinâmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.3.1 Conceitos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.3.2 Classificação dos escoamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.3.3 Equação da continuidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.3.4 Teorema de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.3.5 Teorema da quantidade de movimento ou de Euler . . . . . . 372.4 Escoamentos sob pressão em regime uniforme

e permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.4.1 Escoamentos laminares e escoamentos turbulentos . . . . . 382.4.2 Perdas de carga contínuas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.4.3 Perdas de carga localizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.5 Redes hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.5.1 Classificação das redes hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.6 Cálculo hidráulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.6.1 Regime uniforme e permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.7 Dimensionamento económico de condutas . . . . . . . . . . . . . 412.8 Curva característica da instalação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.9 Bombas centrífugas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.9.1 Definição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.9.2 Constituição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.9.3 Curva característica da bomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.10 Cavitação e NPSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.11 Leis de semelhança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.12 Ponto de funcionamento de uma bomba centrífuga . . . . . 482.13 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3. Sistemas de pressurização com velocidade fixae velocidade variável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.2 Tipos de sistema de elevação de pressão . . . . . . . . . . . . . . . . 553.3 Centrais hidropneumáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.3.1 Constituição e princípio de funcionamento . . . . . . . . . . . . . 553.3.2 Grupos electrobomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

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Índice

7. Sistemas de controlo, comunicação e gestão . . . . . . . . . . . 1177.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197.2 Controlo de sistemas de bombeamento . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197.2.1 Controlo por nível . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197.2.2 Controlo por caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197.2.3 Controlo por pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197.2.4 Outros tipos de controlo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1207.3 Comunicação entre sistemas de bombeamento . . . . . . . . . 1207.3.1 Necessidade de comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1207.3.2 Comunicação entre sistemas de controlo da mesma rede . . 1207.4 Gestão integrada entre sistemas de bombeamento . . . . . 1217.4.1 Monitorização e gestão de sistemas mistos . . . . . . . . . . . . . 1217.4.2 Vantagens de um sistema integrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

8. Instalação e manutenção de bombas e sistemasde bombeamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

8.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1278.2 Requisitos para instalação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1278.2.1 Localização do equipamento de bombeamento . . . . . . . . . 1278.2.2 Necessidades de ventilação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1278.2.3 Utilização de reservatórios de membrana . . . . . . . . . . . . . . . 1278.3 Instalação de sistemas de bombeamento . . . . . . . . . . . . . . . 1288.3.1 Aspiração negativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1288.3.2 Aspiração de cisterna elevada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1288.3.3 Aspiração de uma rede sob pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1298.4 Manutenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1298.4.1 Manutenção aos equipamentos de bombeamento . . . . . . 1298.4.2 Manutenção aos sistemas de monitorização e controlo . . . 130

9. Sistemas de abastecimento público e predial no Porto . . 1319.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359.2 Sistema de abastecimento público . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359.2.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359.2.2 Elementos de dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359.2.3 Ramais de ligação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1369.2.4 Elementos de instrução dos processos de projectos . . . . . . 1369.2.5 Entrada em serviço dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1369.3 Sistema de abastecimento predial de água . . . . . . . . . . . . . 1379.3.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.3.2 Elementos dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.3.3 Concepção dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.3.4 Classificação dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1389.3.5 Dimensionamento dos sistemas prediais . . . . . . . . . . . . . . . 1419.4 Sistemas prediais de distribuição de água fria . . . . . . . . . . . 1419.4.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1419.4.2 Dimensionamento hidráulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1419.4.3 Reserva predial de água para abastecimento doméstico . . 1419.4.4 Instalações elevatórias e sobrepressoras . . . . . . . . . . . . . . . . 1439.4.5 Dimensionamento dos reservatórios hidropneumáticos . . 1459.5 Sistemas prediais de distribuição de água quente . . . . . . . 1459.5.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1459.5.2 Aparelhos produtores de água quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1459.5.3 Necessidades de água quente e escolha dos aparelhos

de produção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1469.5.4 Sistemas de distribuição de água quente com recirculação 1479.6 Traçado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1479.6.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1479.6.2 Isolamento das canalizações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1489.6.3 Execução das redes prediais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1489.7 Elementos acessórios da rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1489.7.1 Torneiras e fluxómetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1489.7.2 Válvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

9.7.3 Contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1499.8 Verificação, desinfecção e funcionamento hidráulico . . . . 1509.8.1 Verificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1509.8.2 Desinfecção dos sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1509.8.3 Prova de funcionamento hidráulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1519.9 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

10. Sistemas de abastecimento público e predial em Lisboa . . 15310.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15710.2 Concepção global dos sistemas de distribuição em Lisboa . . 15710.2.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15710.2.2 Caracterização da rede de Lisboa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15710.3 Concepção global dos sistemas prediais em Lisboa . . . . . . 16310.3.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16310.3.2 Estrutura do Manual de Redes Prediais . . . . . . . . . . . . . . . . . 16410.3.3 Descrição dos capítulos estruturantes do Manual . . . . . . . 16410.3.4 Outras publicações complementares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17510.3.5 Resultados práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17510.4 Enquadramento legislativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17610.5 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

11. Sistemas de rega sob pressão: eficiência, polivalênciae economia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

11.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18311.2 Classificação dos sistemas de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18311.2.1 Sistemas de rega por gravidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18311.2.2 Sistemas de rega sob pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18411.3 Polivalência dos sistemas de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18611.3.1 Águas convencionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18611.3.2 Águas não convencionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18711.4 Eficiência de rega e sua classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19311.4.1 Eficiência de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19311.4.2 Eficiência de distribuição; referência ao coeficiente de

uniformidade de distribuição de água de christiansen . . 19311.4.3 Eficiência de aplicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19311.4.4 Eficiência de armazenamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19411.4.5 Eficiência de uso de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19411.4.6 Eficiência total de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19411.5 Eficiência de rega e consumo de energia nos sistemas

de rega sob pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19411.5.1 Valores médios e técnicas de maximização da eficiência

de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19411.5.2 Elementos e parâmetros de rega a utilizar no cálculo

do consumo de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19511.5.3 Consumo anual de energia para instalações de rega

sob pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19611.6 Conclusões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19711.7 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

12. Aplicação de sistemas de pressurização em processosindustriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

12.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20512.2 Critérios de selecção de equipamento de processo . . . . . . 20512.2.1 Qualidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20512.2.2 Segurança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20512.2.3 Ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20512.2.4 Saúde ocupacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20612.3 Exemplos de aplicação industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20612.3.1 Filtração por Osmose Inversa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20612.3.2 Circuitos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20712.4 Referências bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

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Evolução Histórica dos Sistemas de Abastecimento de Água a Lisboa

1. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS SISTEMASDE ABASTECIMENTO DE ÁGUA A LISBOA

Autores:

Margarida Ruas Gil CostaDirectora do Museu da Água

Raul Fontes VitalHistoriador e Arquivista,Responsável pelo Arquivo Históricodo Museu da Água

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O Museu da Água da EPAL

O Museu da Água da EPAL, inaugurado no dia 1 de Outubro de 1987, abrange 4 núcleos: o Aqueduto das Águas Livres, osreservatórios da Mãe d'Água, Patriarcal e a Estação Elevatória a Vapor dos Barbadinhos. Este último integra a sala dasMáquinas a Vapor, a Sala de Exposições Permanentes, a Sala de Exposições Temporárias e o Arquivo Histórico. Este conjuntode monumentos e edifícios, construídos entre o século XVIII e XIX, encontram-se indissociavelmente ligados à história doabastecimento de Água.

O Museu constitui, acima de tudo, local de criatividade e de encontro de culturas, onde o cenário de fundo nos é dado atravésdesta luta de séculos travada pelo homem pela conquista da água, e de tudo o que ela representa no acumular de conheci-mento científico e tecnológico, e de capacidade criativa do génio humano.

O Museu da Água é o único em Portugal com o Prémio do Museu do Ano do Conselho da Europa (1990), o mais alto galardãoatribuído por esta entidade. Este prémio destaca todo o museu que contribua para o entendimento e conhecimento daherança cultural europeia, bem como para a consciencialização da sua identidade e problemas comuns.

Existimos fisicamente no mundo, em Portugal, na cidade de Lisboa e oferecemos um conjunto de quatro monumentos queconstituem o Museu da Água, preservados e organizados museologicamente. Recebemos visitantes nacionais e internacionais,dispomos de um serviço educativo para as escolas, de um Arquivo Histórico que ajuda a entender a Inteligenzia portuguesae que é consultado por académicos, estudantes e especialistas.

Os museus são lugares de criatividade onde se aprende sempre mais, polarizadores de cidadania (o seu ethos na dupla pers-pectiva filosófica e prática), que provocam a mudança de mentalidades, que fazem acontecer e que contribuem para asedimentação das identidades que cumprem a diversidade do País e dos diferentes povos que aí vivem.

A identidade do Museu junta-se à identidade da EPAL e de Portugal constituindo-se como parte da nossa cultura e comomensageiro desse espírito, do nosso conhecimento e do pensamento. A identidade desempenha um papel fundamental naconfiguração do mundo e na construção do eu do ser humano. Os Museus são cada vez mais complementos e auxiliares dasescolas, universidades, das famílias consideradas como reguladoras sociais capazes de reunir pessoas à volta de necessidadescomuns.

Os prémios Internacionais legitimam e celebram o sucesso do Museu, da EPAL e também de Portugal. Mas para além dessesucesso evidente para a opinião pública nacional e internacional o maior sucesso é fazer a diferença na vida de muitas criançase de adultos a quem provocamos na sua criatividade, ajudando-os a combater o medo que nos retira o direito de viver, depensar livremente, de rir, de sentir prazer e de não envelhecer.

A estratégia de comunicação do Museu da Água é provocadora na forma como chega às escolas, estimulando a investigação,alertando para o ambiente, a preservação e animação do património, códigos de comportamento numa perspectiva sincréticaque junta o mundo todo no principio da reciprocidade (tudo o que fazemos é importante e atinge o meio em que vivemose por sua vez nos atingirá). As exposições que organizamos são discursos abertos e imprevistos que densificam a dimensãoartística, dando oportunidade aos mais novos e intensificando o prestígio dos mais conhecidos cumprindo a educaçãopermanente.

O Mundo, todo ele, é um Património Precioso, o Equilíbrio Perfeito, a Harmonia Absoluta. É uma dádiva viver no respeito ena reciprocidade do que nos rodeia. As percepções espirituais, racionais e sensoriais completam a construção do Eu cumprindoa observação cabal do Todo.

Existimos numa cadeia una, indissociável que, quando um elo se quebra, afecta o todo que somos nós, os outros e opróprio Mundo.

É dever dos povos construir a eternidade partilhando o conhecimento e preservando a vida e o património. Tudo é património,tudo é passado, presente, futuro e a Grundfos consubstancia este manifesto.


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1.2 Das origens ao aqueduto romano deOlisipo

Ao analisarmos o caso de Lisboa, temos que ter em conside-ração, logo à partida, o enquadramento geográfico do sítio.Trata-se de um porto natural, junto à foz do Tejo, um localprivilegiado para o cruzamento de povos e culturas diversos,uma rota natural de migrações.

Sendo muito embora o sítio de Lisboa banhado pelas águasdo rio, a sua situação, no estuário, inviabiliza a sua utilizaçãocomo fonte de abastecimento de água em virtude de aságuas do rio se misturarem com as do mar. Há que, portanto,procurar ver de que outros recursos dispunham as popu-lações que aí se fixaram.

Os primeiros mananciais a serem utilizados foram os dazona ribeirinha, na base da colina do castelo, apesar de outrosexistirem em zonas circundantes. Porém, e dado que osprimeiros habitantes do sítio de Lisboa se terão fixado,até por razões de estratégia defensiva, na colina do castelo,as águas abundantes das nascentes ribeirinhas eram sufi-cientes para as suas necessidades.

Os Romanos, quando dominaram a Península Ibérica, nãose deram por satisfeitos com estas águas, e foram procurá-laem zonas mais distantes.

Efectivamente, a região de Lisboa é cortada por um conjuntode vales que a envolvem, e de onde seria de esperar aobtenção de águas susceptíveis de serem utilizadas. Denorte para leste, a vasta depressão que se estende desdeOdivelas a Sacavém, onde encontramos a bacia do Trancão,cuja utilização virá a ser equacionada no século XX, nãooferecia condições de captação nessa época face à ausência detecnologias adequadas, só disponíveis nos tempos modernos.A ocidente, também a ribeira de Alcântara não possibilitavaa utilização das suas águas para consumo. Contudo, conti-nuando na direcção da serra de Sintra, toda a bacia hidro-gráfica que, entre margens alcantiladas, corta o andar deBelas, onde um grande número de nascentes provenientes,alternadamente, de camadas calcárias, que secavam naestiagem, e de camadas de grés e arenitos, nascentes estasperenes, debitavam água para as ribeiras, constituía o palcoideal para o aproveitamento das águas, já que as cotas aque estas ribeiras correm permitia a construção de sistemasde abastecimento que conduzissem daqui a água para Lisboa.

Aí, no vale de Carenque, construíram os Romanos umabarragem de contrafortes no século II ou III da era de Cristo,a barragem de Olisipo, cujas ruínas ainda hoje são visíveis,e, a partir desta, um aqueduto que transportava a águapara a cidade, chegando à colina do castelo, provavelmenteàs portas de Santo André. A esta barragem, que seria talveza maior da Península, foi atribuída uma capacidade daordem dos 125.000 m³.

1.1 Introdução

Does Technology drive History? Esta é a pergunta formuladapor Merrit Roe Smith num conjunto de trabalhos publicado,em 1994, pelo Massachussets Institut of Technology – MIT,onde diversos autores debatem a dialéctica entre o cons-trutivismo e o determinismo tecnológico. A tecnologiasurge como resposta às necessidades do homem, ou é elaque determina o sentido da sua evolução? Poder-se-á dizerque, os defensores de ambas as teses, todos têm razão. Porum lado, o homem desenvolve a tecnologia em busca desoluções para melhorar o seu bem-estar, e, por outro, aprópria tecnologia gera, no homem, novas condições devida e novos desenvolvimentos não pré-determinados.

A indústria da água, num conceito lato que possa abrangertodas as formas desenvolvidas pelo homem, ao longo dostempos, para captar, aduzir, tratar e distribuir este elementobásico e indispensável à vida, constitui um laboratório exce-lente para este debate, sobretudo se tivermos em atençãoque o seu desenvolvimento sob a forma de utilização detécnicas mais complexas não pode ser desligado do fenó-meno urbano. É a complexificação das formas de agrupa-mento dos homens que gera a consequente complexifi-cação das técnicas empregues para a utilização do elementoágua.

Nesta indústria, cuja evolução abordaremos, desde as origensaté aos nossos dias, para o caso de Lisboa, convergem umadiversidade de factores, desde o conhecimento científico etecnológico, conhecimento não apenas relativo à água, àssuas características e qualidade, à geologia das suas origens,mas também aos materiais utilizados nas condutas, àspossíveis formas para a sua condução, aos equipamentosconcebidos para a sua elevação, para o seu armazenamentoe para a sua distribuição, às técnicas administrativas efinanceiras que possibilitam o desenvolvimento destaactividade, e a outros diferentes ramos do conhecimento.

A indústria da água é, pois, um campo de estudo pluridisci-plinar, onde as diversas ciências têm lugar, incluindo asciências sociais, dado que, sem a análise do fenómenopolítico, sociológico, ou, até mesmo, ideológico, não é possívelatingir uma compreensão global do seu desenvolvimento.

Assim, procuraremos, neste capítulo, abordar, ainda que deforma sucinta, o que foi o abastecimento de água a Lisboadesde as suas origens nos abastecimentos locais, à con-dução da água graviticamente até à cidade, sem utilizaçãode meios mecânicos, à utilização de máquinas, primeiro avapor e, mais tarde, eléctricas, à captação de águas em poçosprofundos, distantes da cidade, à sua captação em rios e embarragens, agora com complexos sistemas de tratamento,adução e distribuição, e com uma elevada produção sus-ceptível de proporcionar um abastecimento a um númerocada vez maior de consumidores.

É este o caminho que iremos percorrer a seguir.


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De facto, as diversas nascentes da zona oriental, designadasnormalmente por águas orientais, em oposição às águas dofuturo sistema das Águas Livres, que serão designadas poráguas altas, apresentam uma temperatura elevada, da ordemdos 22 a 24°, muito superior à temperatura das águas exis-tentes nas nascentes do termo de Lisboa, quer nas nascen-tes de Monsanto, caso das águas dos basaltos, estas só maistarde analisadas, porque distantes da cidade, ou das outraságuas então conhecidas e que cedo vieram a ser explo-radas, como as que, mais a ocidente, apareciam no Arsenalda Marinha, ou que vieram a abastecer o chafariz do Rossio.

Além da sua temperatura elevada, pelas suas característicasfísico-químicas eram estas águas reputadas como possuindopropriedades terapêuticas para a cura de diversas doenças,estando, devido a tal facto, incluídas no Aquilégio Medicinal,obra da autoria de Francisco da Fonseca Henriques, publicadaem 1726.

O chafariz mais antigo da cidade, o Chafariz d'El-Rei, deve oseu nome às grandes obras que aí se realizaram no reinadode D. Dinis, desconhecendo-se a data concreta da sua construção. Posteriormente outros foram edificados namesma zona, como o Chafariz de Dentro, ou dos Cavalos,o Chafariz dos Paus, o Chafariz da Praia, o tanque daslavadeiras de Alfama ou a Bica do Sapato, esta já mais aleste do bairro. Também os estabelecimentos termaismerecem referência, como as Alcaçarias do Duque, ou osbanhos do Batista ou os da D. Clara.

Fig. 2 - Chafariz d'El Rei

1.4 Propostas para a reconstrução doaqueduto romano

O aumento da população da cidade, designadamente peloefeito da expansão marítima, cedo arrastou consigo a faltade água.

Fig. 1 - Ruínas da barragem romana de Olisipo

A evidência do aqueduto romano chega-nos não pelos seusvestígios materiais, - para além do que resta da barragem,apenas se conhecem pequenos vestígios de aqueduto nosítio do Almarjão, no concelho da Amadora - mas pelotestemunho que dele dão vários autores a partir do séculoXVI, como o humanista português Francisco de Olanda que,em 1572, virá a propor a sua reconstrução.

Os Romanos, aliás, eram um povo de avançada civilização,com uma grande tradição de utilização da água. São bemconhecidas as suas termas, não apenas em Roma, mas tam-bém aqui em Lisboa e em muitas outras cidades do Império,e em Roma o abastecimento era feito por um conjunto deaquedutos ainda em funcionamento nos tempos modernos,e que proporcionariam uma capitação largamente superiora 500 litros/dia/habitante.

Em Portugal há que referir, em particular, o aquedutoromano da Água da Prata, em Évora, construído por QuintoSertório em 75 a.C., e reedificado pelo rei D. João III em1531, aqueduto cujo regimento servirá de modelo para oque se virá a construir em Lisboa no século XVIII.

1.3 Os antigos chafarizes de LisboaDestruídas que foram muitas das obras dos Romanos pelospovos bárbaros, invasores do Império, entre as quais oaqueduto que abastecia Lisboa, também as necessidadesde água diminuíram face, por um lado, ao decréscimo dapopulação, e, por outro, aos diferentes hábitos de consumodos invasores, certamente satisfeitos com os recursos locais,menos abundantes.

É no sítio das nascentes da zona ribeirinha, nos mananciaisdas camadas profundas do Terciário da colina do castelo,que irão surgir, ao longo dos séculos, chafarizes destinadosao abastecimento das populações. Já os Árabes, durante asua ocupação, aí terão construído dispositivos - a palavrachafariz tem mesmo origem árabe - para a recolha daságuas, e o próprio nome de Alfama dado ao local é reminis-cência das nascentes de água termais que aí se encontram.


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de governação. A cidade ocidental, onde se situava o Paçoda Ribeira, seria a cidade do poder, uma nova Roma cheia depalácios e monumentos, e aí, na zona da actual Estrela, viriaa ser construído um novo palácio real e uma nova basílicapatriarcal, projecto que D. João V encomenda ao arquitectoitaliano Filipe Juvarra.

Era o coroar de toda uma política de grandeza e protecçãoàs artes, possibilitada pela afluência do ouro do Brasil àmetrópole, e por todo um saber trazido de outros países,sobretudo de Itália, transmitido por um grande número dearquitectos que em Mafra desenvolveram as suas escolas.

No entanto, esta cidade nova continuaria a depender dacidade antiga e dos seus chafarizes no que respeita aoabastecimento de água, já que os mananciais disponíveiseram os da zona oriental, já constatados como insuficientespara as necessidades. Assim, e por insistência do Procuradorda cidade ocidental, Cláudio Gorgel do Amaral, o rei veio apublicar, em 12 de Maio de 1731, o Alvará onde mandavadar início à obra do aqueduto, dando assim prioridade àobra pública, em prejuízo do projecto do novo palácio real.

Os incêndios que a seguir ao Terramoto de 1755 destruíramo Paço da Ribeira não nos permitem conhecer o projecto inicial, dirigido pelo arquitecto italiano António Canevari.Contudo, das críticas que lhe são feitas pelo portuguêsManuel da Maia numa série de considerandos técnicosdirigidos ao Rei, na esperança de vir a assumir a direcçãodas obras, podemos concluir com bastante segurança queCanevari pretenderia conduzir as águas até Lisboa sobpressão, em canalizações fechadas, enterradas, em tudosemelhantes aos actuais sifões, na época designados por"canos de repucho", aplicando o princípio dos vasoscomunicantes.

Manuel da Maia contrapõe que os canos de repucho nãosuportariam a pressão da água, rebentando e deixando acidade sem água, ficariam entupidos pelos sedimentosarrastados por esta, e acusa mesmo Canevari de não estara medir correctamente os nivelamentos dos terrenos, ficando,por conseguinte, a obra mal feita. Manuel da Maia eCanevari divergiam também na forma de medição daprodução das nascentes, encontrando o italiano valoresinferiores aos do português.

Face a todos estes ataques, Canevari regressa a Itália eManuel da Maia é encarregado, em Agosto de 1732, deassumir a condução dos trabalhos, numa direcção conjuntacom o arquitecto Silva Pais e o engenheiro Azevedo Fortes.Manuel da Maia abandona as várias frentes de trabalhoabertas por Canevari, e que denotavam a consciência clarada necessidade de aproveitar a água de diversas nascentes,e muda-se para uma outra nascente, a da Água Livre, queera mesmo a mais abundante. Havia que chegar rapida-mente com água a Lisboa, posteriormente os caudais doAqueduto seriam aumentados com a água de outrasnascentes.

À semelhança daquilo que se fazia um pouco por todo o lado onde a influência dos Romanos se fizera sentir,também Francisco de Olanda, na sua obra Da fábrica quefalece à cidade de Lisboa, publicada em 1572 e dirigida aorei D. Sebastião, propõe a reconstrução da barragem romanade Olisipo e do seu aqueduto.

Para custear a obra foi lançado mais tarde o real d'água,imposto pago nos géneros de primeira necessidade, tendoo Senado de Lisboa arrecadado mais de seiscentos milcruzados, suficientes para a concretização do projecto, osquais, porém, vieram a ser gastos nas festas que a cidadeorganizou em honra do rei Filipe III de Espanha, que eraFilipe II em Portugal, quando da sua entrada em Lisboa, nodia 29 de Junho de 1619.

No entanto, a obra ia realizar-se, pois após a estadia dorei na cidade, há muita correspondência trocada entreMadrid e Lisboa, sinal de que havia uma intenção clara dese solucionar o problema da falta de água. E tudo apontavapara a reconstrução do aqueduto romano, já que LeonardoTorreano, arquitecto que acompanhou o rei e que com ele,no dia em que visitaram Sintra, examinou a barragemromana e as nascentes vizinhas, refere, entre os várioscaminhos possíveis para a condução da água livre a Lisboa,que "el quarto y ultimo camino, és por el aqueducto antigode los Romanos, el qual por ir mas alto dies palmos que elde la estrada puede dar Agoa a ambas partes de la Ciudad,a San Roche, y sobre la puerta de Santo Andres, como dioantigamente, pues abra quantidad bastante pera ella"1.

O projecto acabou por não se concretizar devido à restau-ração da independência de Portugal em 1640 e ao longoperíodo de guerra com a Espanha, durante o qual não haviacondições para se desviar recursos financeiros para umaobra desta envergadura.

1.5 O Aqueduto das Águas LivresApenas no reinado de D. João V se veio a resolver o problemada falta de água em Lisboa com a construção do Aquedutodas Águas Livres, aqueduto que, de alguma forma, teráseguido de perto o traçado do antigo aqueduto romano.

Do século XVII somente tinham ficado intenções, projectosno papel, pequenas obras pontuais que não solucionavamas dificuldades da cidade, muito embora se tivesse apro-fundado o conhecimento relativo às nascentes que alimen-tavam a bacia hidrográfica dos vales de Carenque e daQuintã, na zona da barragem romana, conhecimentopatente no Roteiro das águas de Montemor e Caneças, doarquitecto Tinoco.

Em 15 de Janeiro de 1717 D. João V dividiu a cidade deLisboa em duas cidades independentes, Lisboa Oriental eLisboa Ocidental, cada uma com o seu bispo e os seus órgãos

1 Veloso de Andrade, Memória sobre Chafarizes Fontes e Bicas, p. 273.


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sozinho na direcção face à partida para o Brasil de Silva Pais,e à frequente ausência de Azevedo Fortes, engenheiro-mordo reino. Por outro havia divergências de opiniões acerca dolocal para a travessia do Vale de Alcântara. Manuel da Maia,certamente, construiria um aqueduto menos monumental,atravessando o vale numa zona menos profunda, provavel-mente por Palhavã, para atingir S. Pedro de Alcântara, àsportas do Bairro Alto, onde entretanto haviam começado asobras para a construção do reservatório de chegada daságuas.

Em cena estava um outro arquitecto, Custódio Vieira, que já vinha acompanhando os trabalhos desde o início, poisparticipara em reuniões e medições diversas, e que tinha umasolução diferente, a construção de uma série monumentalde arcos a atravessar o vale na sua parte mais profunda.Era um projecto mais arrojado, mais ao gosto do rei, e queapontava para uma zona mais alta, para onde a cidade estavaa crescer.

Fig. 5 - Arcaria do Vale de Alcântara

A transferência da direcção das obras para este novo arqui-tecto é determinante para a evolução da cidade. Abandona-sea obra de S. Pedro de Alcântara e escolhe-se a confluênciado Rato, próximo da qual novos pólos urbanos se vinhamdesenvolvendo junto aos conventos, para a nova localizaçãodo reservatório. Aliás, podemos constatar hoje, pelos desen-volvimentos ulteriores do sistema, das vantagens destanova localização do reservatório e desta nova inflexão doAqueduto, que possibilitou a extensão dos seus ramais dedistribuição para a Boa Morte, em Alcântara, zona próximada qual surgirá o palácio das Necessidades, e para o Campode Santana e Intendente, quase a tocar a colina do Castelo,onde outrora o aqueduto romano terá chegado.

Vieira não chega a ver a água entrar em Lisboa, ela sóchegará em 3 de Outubro de 1744, já após a sua morte,estando a obra a ser dirigida interinamente pelo capitãoRodrigues Franco.

A entrada de Carlos Mardel na direcção das obras doAqueduto terá lugar logo de seguida, devendo-se a este

Fig. 3 - Mãe d'Água Velha - Nascente da Água Livre. Local ondeManuel da Maia iniciou os seus trabalhos.

Muito embora Manuel da Maia conhecesse o princípio dosvasos comunicantes, vai construir um aqueduto através do qual a água vai chegar a Lisboa apenas movida pelagravidade, deslizando em caleiras de pedra abertas. Maiaopta pela construção de duas caleiras, separadas por umpasseio central, pois que, para uma boa manutenção doAqueduto, tornar-se-ia necessário limpar frequentementeas caleiras, e assim, com duas, a condução da água não seriainterrompida.

Fig. 4 - Caleiras separadas pelo passeio central

Relativamente aos materiais a utilizar nas canalizações,rejeita o chumbo, que dava más características à água, talcomo rejeita o ferro, que, na época, ainda não apresentavauma qualidade suficiente para esta finalidade, e todos osoutros materiais à excepção da pedra calcária, abundanteem toda a região onde se vai desenvolver a construção doAqueduto.

Em 1736 já se trabalhava no Aqueduto em Monsanto, nosítio das Três Cruzes, caindo então a obra num impasse.Por um lado, Manuel da Maia encontrava-se praticamente


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faziam a manutenção do sistema e geriam os caudais doAqueduto, e um exército de cerca de 3000 aguadeiros que,organizados em companhias, vendiam água ao domicílio eigualmente combatiam os incêndios que devastavam a cidade.

A gestão dos caudais no Aqueduto apresenta alguns aspectosque devem aqui merecer a nossa atenção, e à luz dos quaistambém temos que fazer uma leitura das soluções técnicase arquitectónicas adoptadas para o efeito.

Já foi atrás referida a diversidade das águas no que respeitaàs suas características físico-químicas. Umas, fortementecalcárias, como as da nascente da Água Livre, na Mãed'Água Velha, provocavam, pela precipitação do calcário,incrustações que era necessário remover periodicamente,raspando as caleiras. De outras nascentes, situadas emcamadas de grés e arenitos, a água arrastava sedimentosque a turvavam. Aqui era necessário proceder à suadecantação, pelo que, em diversas clarabóias, encontramosbacias redondas onde a água perde velocidade, depositan-do-se os sedimentos no fundo. Também junto de cada janela,agora mais rasgadas face a uma maior necessidade de laboração, bacias rectangulares desempenhavam idênticasfunções, bem como as de quebrar a velocidade da água.

Fig. 7 - Bacia de decantação redonda

Normalmente, nos vértices, as bacias apresentam dimen-sões superiores, o que permite evitar que a água transborde.Regra geral, no Aqueduto não há galerias em curva, antesuma sucessão de segmentos de recta. Nos poucos locaisonde a solução adoptada pelo arquitecto foi a de construiraqueduto em curva, aí o passeio central sobe, afundando,consequentemente, as caleiras.

Na cidade iam-se generalizando os abastecimentos privados.De um lado, os proprietários de águas nas zonas atraves-sadas pelo Aqueduto que, para receberem água no seupalácio ou convento, em Lisboa, construíam, à sua custa,

arquitecto, de origem húngara, o desenvolvimento dadistribuição da água na cidade, a partir do reservatório daMãe d'Água das Amoreiras, cujo projecto se lhe deve, bemcomo o de diversos chafarizes e dos arcos monumentais daRua das Amoreiras, que celebra a obra, e da Rua de S. Bento,este desmontado para alargamento da entrada na praçafronteira ao palácio, e mais tarde reconstruído na Praça de Espanha.

Fig. 6 - Reservatório da Mãe d´Água das Amoreiras

O sistema do Aqueduto das Águas Livres, onde, num aque-duto com cerca de 14 quilómetros de extensão, entroncamaquedutos que reúnem águas de sessenta nascentes, numtotal de aproximadamente 58 quilómetros de aquedutos,incluindo os de distribuição na cidade, foi dado por concluídoem 1799, quando foi dissolvida a última sociedade de mestrespedreiros, empreiteiros da obra.

Dada a tecnologia utilizada de condução da água em caleiraaberta, o Aqueduto condicionou a forma de abastecimentoa uma rede de chafarizes que se foram construindo atéquase meados do século XIX, rede esta que, por sua vez,condiciona o próprio crescimento da cidade.

Lisboa estende-se então, dos Barbadinhos, onde na zonaribeirinha corriam as águas orientais, até Alcântara, ondevemos o chafariz da Praça da Armada, e, para norte, seguindoas encostas do Vale de Alcântara, os chafarizes dasNecessidades e do Arco do Carvalhão, este já a chegar aoalto de Campolide, lhe delimitavam o perímetro. Ainda noslimites norte da cidade, mais para leste, encontramos oschafarizes de S. Sebastião da Pedreira, Cruz do Tabuado,Campo de Santana e Intendente. Dentro deste perímetro,os chafarizes que se construíram (Rato, Carmo, Loreto e outros) eram, além de fontes de abastecimento, elementosde ordenamento urbano que tornavam as praças ondeeram colocados em pontos de encontro, locais de convívio.

Em pleno século XIX, a "indústria da água", aplicando aqui, num período de proto-industrialização, um conceitocontemporâneo, empregava uma equipa de 60 homens que


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Fig. 9 - Chafariz do Carmo

Do grande reservatório da Mãe d'Água das Amoreiras

apenas saía água para os chafarizes abastecidos pelo

Aqueduto da Esperança e para o chafariz do Rato. Para os

chafarizes da linha do Loreto a água descia mais atrás, por

um pilar de um dos últimos arcos, seguindo em canalização

fechada, sob pressão. Se assim não fosse, e de acordo com

Veloso de Andrade, "se deste Depósito corresse para os dez

Chafarizes acima mencionados, só a água que ele contém,

ficaria despejado em seis dias"2.

Para controlar todo este sistema havia que possuir um

exacto conhecimento das dotações atribuídas aos diversos

consumidores privilegiados, proprietários de água ou não, da

água que corria para os chafarizes e da que era produzida

pelas nascentes.

Em média chegavam a Lisboa 3500 m³ de água por dia,

baixando os caudais a cerca de metade desse valor durante

a estiagem. Porém, nos meses de abundância, a produção

das nascentes era largamente superior à capacidade de

vazão do Aqueduto. Assim, tornava-se necessário regular os

caudais, devolvendo a água às ribeiras em desaguadouros

estrategicamente colocados ao longo dos diversos aque-

dutos, diminuindo ou eliminando o caudal das caleiras, para

que a água de outra nascente pudesse entrar no circuito

num entroncamento situado a jusante. Havia também que

eliminar, através destes desaguadouros, águas turvas a

seguir a fortes chuvadas, ou que se soubesse ou houvesse

suspeitas de estarem contaminadas. Daqui resultava a

manutenção equilibrada dos cursos de água naturais,

naquilo a que hoje se aplica a designação de desenvolvi-

mento sustentável.

2 Veloso de Andrade, o. cit., p. 330.

aquedutos ligando as suas nascentes a um dos aquedutosdo sistema. Depois, em Lisboa, de um aqueduto de distri-buição, partia uma canalização, agora fechada, aferida para três quartos de um débito diário calculado comosendo a sua produção, valor obtido a partir da medição daprodução das suas nascentes ao longo de vários meses do ano.

De outro lado havia os estabelecimentos públicos que passaram a receber directamente água do Aqueduto, bemcomo outros particulares ou ordens religiosas, beneficiáriosde concessões de água, quer traduzidas em caudais deter-minados, quer em sobejos dos chafarizes. Entre estas enti-dades, são de notar as indústrias que despontavam, comoo caso da Real Fábrica das Sedas, cuja localização próximado Aqueduto é determinante para o desenvolvimento dobairro das Amoreiras.

Havia ainda os jardins públicos, agora tornados possíveis,que recebiam água directamente do Aqueduto, como oPasseio Público e o Passeio da Estrela, este com um aquedutoque, saído do Aqueduto das Janelas Verdes, aí conduzia aágua, o outro recebendo-a a partir da mesma galeria queabastecia o chafariz da Cotovia.

Para a gestão de todo este sistema vemos, nos aquedutosde distribuição, não apenas caleiras abertas, mas tambémcanalizações fechadas, com algumas pedras amovíveis parase poder limpar o seu interior, colocadas frequentementeem paralelo com as caleiras abertas, a fim de, a partir debacias intermédias, como a pia do Penalva, no cruzamentoda Rua Formosa (hoje Rua do Século), ou a pia do Teotónio,próximo do Arco das Amoreiras, a água ser conduzida compressão, aplicando-se o princípio dos vasos comunicantes,por forma a possibilitar a sua chegada a pontos maiselevados. Exemplos disso são as colunas ascensionais quepermitiam a subida da água às bicas dos chafarizes.

Fig. 8 - Coluna ascensional do chafariz do Carmo


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1.7 A 1ª. Companhia das Águas (1856) e ocomeço do abastecimento domiciliário

Em 20 de Julho de 1855 foi o Governo autorizado a contratarem concurso público o fornecimento das águas precisaspara o abastecimento de Lisboa, na sequência de idênticasdiligências que tiveram lugar anteriormente, mas que nãohaviam conduzido a nenhuma solução.

Em 1855, e antes do referido concurso, uma empresaconstituída pelos ingleses Duarte Meddlicot e ThomasRumball efectua um contrato provisório com o Governo,contrato este que não podia, no entanto, ser ratificado semo respectivo concurso público.

Quem veio a ganhar efectivamente o concurso foi a outraempresa concorrente, que tinha como directores AlbertoCarlos Cerqueira de Faria, Filipe Folque e Bento Coelho daFonseca, estabelecendo-se em 1856 e firmando o contratocom o Governo em 29 de Setembro de 1858, tomando-secomo base para as condições do contrato a população dacidade em 220.000 habitantes. Nascia, assim, a Companhiada Empresa das Águas de Lisboa (1ª. Companhia).

A Companhia vai recorrer aos serviços do engenheirofrancês Mary, de Paris, que organiza diversos planos no sentido de aumentar a capacidade de produção do sistemado Aqueduto e desenvolve projectos para o início doabastecimento domiciliário na cidade. Contudo, e apesar dea utilização de máquinas a vapor já ser corrente um poucopor toda a Europa, utilizando-se já as "pompes à feu" emParis no século XVII para elevação da água, Mary não vaiutilizar máquinas em Lisboa, vai antes aplicar unicamente o princípio dos vasos comunicantes, agora, porém, com autilização de sifões de ferro fundido.

No que diz respeito à captação de águas, Mary vai construirum novo aqueduto subsidiário do Aqueduto das Águas Livres,o Aqueduto da Mata, que traz ao principal as águas deBelas, do Brouco, Vale de Lobos e Vale de Figueira. Por outrolado, são nessa época continuados os trabalhos noAqueduto das Francesas, para se trazerem a Lisboa as águasda Serra de Carnaxide. Nesta matéria a Companhia desprezaa opinião do geólogo General Carlos Ribeiro, favorável àcaptação de água no Tejo, a montante de Santarém.

Relativamente à distribuição, Mary divide a cidade em trêszonas altimétricas, baixa, média e alta, e estabelece umarede de reservatórios para regularizar a distribuição deforma a ter pressões constantes e suportáveis pelas canali-zações. Assim, na parte ocidental da cidade, para a zonaalta, no alto de Campolide, constrói o reservatório doPombal, a zona média virá a ser abastecida pelo reser-vatório do Arco, situado um pouco acima do Arco dasAmoreiras, e para a zona baixa será construído o reser-vatório da Patriarcal, no subsolo da Praça do Príncipe Real.A parte oriental da cidade será abastecida por duas cisternas,uma na igreja da Penha de França e outra na Graça, na cercade S. Vicente.

1.6 Os projectos de Pezerat face à faltade água no século XIX

A situação em Lisboa, nos meados do século XIX, tornou-sedramática, não atingindo, na estiagem, a água aduzida peloAqueduto, em que haviam sido dispendidos, até 1799, maisde cinco mil e duzentos contos de reis, uma capitação supe-rior a 6 ou 7 litros/dia/habitante, para uma população querondaria os 300.000 habitantes.

Em 1852 o Engenheiro Pezerat, da Câmara Municipal deLisboa, apresentou diversos planos no sentido de se aumentaros volumes de águas disponíveis.

No que se refere às águas orientais, poder-se-ia evitar a sua perda para o Tejo represando-as na zona ribeirinha eelevando-as aí, com máquinas a vapor, para um reser-vatório a edificar em Santa Luzia. Pezerat estima em 790 m³diários a quantidade de água que assim se poderia aproveitar,prevendo, para esta obra, um custo de 111:573$000 reis.

Relativamente às águas altas, projecta a construção de umagrande reserva de água no vale da Quintã, com uma capaci-dade prevista de 1 300 000 m³, destinada a armazenar, noInverno, água que poderia ser utilizada na estiagem,reduzindo desta forma a sua carência na cidade. Destaalbufeira, onde os lodos se depositariam, a água passariapor um sistema de filtros de areia para outra, construídamais abaixo, no vale de Carenque, próximo da Mãe d'ÁguaVelha. Esta água, purificada, e por um processo de sifonagem,entraria no Aqueduto, chegando desta forma à cidade. Paraeste sistema de barragens prevê Pezerat um orçamento de88:689$940 reis.

Fig. 10 - Projecto de Pezerat para as reservas de águas nos vales daQuintã e Carenque

Os projectos de Pezerat acabaram por não ser concretizadosdados os perigos que as reservas projectadas, a céu aberto,poderiam representar para a saúde pública. Por outro lado,em breve outras soluções iriam aparecer, com a consti-tuição da 1ª. Companhia das Águas de Lisboa.


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O Governo, porém, não reconheceu às águas do Tejo quali-dade suficiente para serem introduzidas no abastecimento,já que o contrato estipulava que todas as novas águas aserem aproveitadas não deveriam ser de qualidade inferioràs do Aqueduto das Águas Livres. Tal opinião veio a acelerara rescisão unilateral do contrato por parte do Governo, que,por Decreto de 23 de Junho de 1864, pôs fim à Companhia.

Toda a acção da Companhia insere-se no mesmo paradigmaanterior, não se tendo, apesar da adopção do princípio dosvasos comunicantes e do início do abastecimento domiciliário,dado o "salto epistemológico" para um novo paradigma tecnológico. O momentum tecnológico, utilizando aqui oconceito desenvolvido por Thommas Hugges e que consistena definição de cada tempo e cada sistema tecnológico comouma matriz cujos elementos componentes são o conheci-mento científico e as técnicas, mas também os aspectossociais, políticos, económicos, procedimentos administrativos,etc., matriz essa que tem raízes no momentum precedente,mas que prolonga os seus efeito em momenta subsequentes,continua a ser o do Aqueduto.

O desenvolvimento científico e tecnológico não havia aindaatingido um estádio que permitisse fundamentar e levar à prática as opiniões de Carlos Ribeiro, e dar suporte à derradeira alternativa que a Companhia afinal possuía. Umséculo mais tarde, num outro estádio de desenvolvimentocientífico e tecnológico, o Tejo virá a ser a grande soluçãopara o problema da falta de água em Lisboa.

1.8 A 2ª. Companhia das Águas e o AlvielaNo interregno entre a 1ª. e a 2ª. Companhia das Águas oGoverno, no Ministério das Obras Públicas, e pela mão doEngenheiro Joaquim Nunes de Aguiar, coadjuvado peloEngenheiro Joaquim Pires de Sousa Gomes, irá desenvolvero projecto do Alviela. O General Carlos Ribeiro não forafavorável à opção pelo Alviela. A captação de água naquantidade necessária para o abastecimento de Lisboaacarretaria graves prejuízos para a agricultura daquela região.Porém foi a opção do Governo face à apreciação feita daságuas do Tejo, e dado outras possíveis opções, como a dasnascentes da serra de Sintra, não terem viabilidade.

O projecto inicialmente delineado previa a condução daságuas desde os Olhos de Água até um reservatório a construir numa zona alta fora da cidade, provavelmente noArco do Cego, funcionando, a partir daí, a gravidade paraas fazer chegar a todos os pontos da cidade. Para isto,contudo, era necessário dar elevação à água por meio demáquinas, havendo que construir uma estação elevatóriana zona das nascentes.

Entretanto, e perante as dificuldades da Câmara em satisfazeras necessidades da cidade, Carlos Zeferino Pinto Coelho,advogado e deputado conservador, homem que pertenceraà 1ª. Companhia, defende junto do Governo a solução da constituição de uma nova companhia. Após váriasdiligências e negociações, o contrato entre o Governo e anova companhia, de que Pinto Coelho será o Director, foi

Fig. 11 - Interior do reservatório da Patriarcal, vendo-se ao fundo agaleria que o liga ao Aqueduto do Loreto

Estes reservatórios recebiam água do Aqueduto, estandotodo o sistema interligado por meio de sifões, colocados,sempre que possível, dentro das galerias dos aquedutos dosistema das Águas Livres. Na zona média, o reservatório doArco recebia directamente a água do Aqueduto, que odelimita a sul, através de uma galeria. O reservatório daPatriarcal era alimentado por um sifão colocado noAqueduto do Loreto. Para abastecimento da zona alta, eestando esta acima da entrada das águas do Aqueduto,Mary projectou um sifão instalado dentro do Aqueduto dasÁguas Livres que, de cota suficientemente elevada naPorcalhota, conseguia trazer água sob pressão ao reser-vatório do Pombal. Do Pombal saía água para a cisterna daPenha de França através de um sifão colocado no Aquedutodo Campo de Santana, e da Penha de França descia à Graça.

Uma das propostas da Companhia incluídas no seu contratoera a da dupla canalização. À semelhança do que se praticavaem Paris, a Companhia pensava estabelecer uma rede dedistribuição de água de qualidade superior para consumohumano, e outra de qualidade inferior para regas e lavagens.Tal, porém, nunca entre nós veio a ser posto em prática.

A 1ª. Companhia não conseguiu vencer as dificuldades quese lhe depararam, esgotou o seu capital nas obras, e não conseguiu fornecer à cidade, nos prazos estipulados, aquantidade de água a que se obrigara pelo contrato.

Já no final da sua curta existência, e solicitando novo prorro-gamento de prazo ao Governo, a Companhia avançava coma hipótese de captar água no Tejo, hipótese que, aliás, era proposta pelo General Carlos Ribeiro e que a Companhiarejeitara. Para Carlos Ribeiro, que não chega a estudarexaustivamente a questão mas que entende que a água,captada acima de Santarém, poderia ser filtrada pelascamadas naturais do leito do rio e poderia, portanto,resolver por largos anos o problema da sua falta na cidade,a solução a adoptar seria semelhante àquela que outrasgrandes cidades haviam adoptado, de recorrer aos rios queas banhavam, introduzindo processos de depuração daságuas que a tecnologia já possibilitava.


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Porém, essa expansão será inferior ao pretendido enquantoa Companhia não dispuser de um instrumento importante,contemplado no contrato, que leve os particulares a contrataro fornecimento de água - o regulamento dos encanamentosparticulares - obrigando os proprietários dos prédios acimade um determinado nível de rendimento, a construir, à suacusta, as canalizações nas habitações.

Na análise desta fase de industrialização do abastecimentode água, não podemos deixar de ter em consideraçãoo facto de, agora, haver já um comércio internacional deprodutos industriais desenvolvido, e havermos entrado nocaminho da normalização das peças e acessórios utilizadosno abastecimento. Aliás, só em 1852 havia sido postoem vigor, em Portugal, o sistema decimal para as medidaslineares, arrastando-se, por alguns anos, a sua extensão àsoutras medidas. O rigor e a universalidade necessários àindustrialização demoraram bastante tempo a alcançar.

Quanto ao Alviela, a Companhia alterou o projecto inicial.Havia que construir uma estação elevatória a cerca de 100km de Lisboa, já que era necessário dar uma elevação de 54 macima das nascentes para que a água conseguisse atingir acidade no ponto pretendido, o que era algo de bastantecomplicado para a época, não só no que se referia à deslo-cação das peças das máquinas, mas sobretudo face às even-tuais avarias e consequentes necessidades de reparaçãodas mesmas. Assim, a Companhia decidiu trazer as águaslivremente, pela gravidade, num aqueduto até Lisboa, eaqui construir a estação que as elevava para as diferenteszonas a abastecer.

Fig. 13 - Entrada das águas no canal Alviela no recinto dos Olhosd'Água

Embora o canal fosse mais extenso, as vantagens destenovo projecto eram evidentes, havendo, inclusive, menornecessidade de construção de obras de arte, o que diminuíaos custos do projecto.

O local escolhido para o reservatório de chegada e para aestação elevatória foi a cerca do convento dos Barbadinhositalianos, na periferia da cidade, na zona ribeirinha oriental.

A construção do sistema não se deu sem sobressaltos,questões de natureza política que dificilmente foram ultra-passadas, mas em que à Companhia, no fim, acabou por

celebrado em 27 de Abril de 1867, vindo a Companhia a serdeclarada oficialmente constituída por Decreto de 2 deAbril de 1868. De imediato os engenheiros Aguiar e SousaGomes ingressaram nos quadros da Companhia, trazendoconsigo os projectos já iniciados.

O objectivo principal da constituição da Companhia,denominada CAL - Companhia das Águas de Lisboa, era aconcretização do projecto do Alviela, fornecendo à cidadeum volume de água correspondente a uma capitação de 100 litros/dia/habitante, computando-se, no início daexploração, a população a abastecer em cerca de 200.000habitantes.

A primeira iniciativa da Companhia, logo em 1868, foi a daconstrução de um reservatório e de uma estação elevatóriano sítio do antigo chafariz da Praia, para elevar para aVerónica, na Graça, as águas orientais que se perdiam parao Tejo, ideia já anteriormente defendida por Pezerat.

Fig. 12 - Máquina a vapor da Estação Elevatória da Praia

Para esta estação a Companhia irá adquirir à casa Windsor& Fils, engenheiros mecânicos estabelecidos em Ruão, naNormandia, duas máquinas verticais de efeito duplo comdois cilindros, de expansão variável e de condensação, ditasdo sistema Woolf. Cada uma destas máquinas tinha umacapacidade de elevação de 1.900 m³ diários de água a umaaltitude de 73 m acima do nível do poço de alimentação dasbombas, incluindo a perda de carga. Cada máquina podiaproduzir uma força de cerca de 23 cavalos-vapor de águaelevada, ou seja 30 cavalos-vapor sobre a árvore do volante.As máquinas eram alimentadas por três caldeiras de sistemavulgar, correspondendo cada uma a uma superfície deaquecimento de 60 m², e consumiam, no máximo, 1,9 kg decarvão por hora e por força de cavalo-vapor, de 75 quilo-grâmetros.

A introdução da máquina a vapor no abastecimento deágua em Lisboa representava um passo importante naevolução desta indústria, e vai possibilitar, de imediato,uma expansão significativa do abastecimento domiciliário.


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Fig. 15 - Máquina a vapor da Estação dos Barbadinhos

Cada máquina accionava, directamente através do balan-ceiro, duas bombas verticais, colocadas simetricamente emrelação ao eixo do balanceiro. Para a alimentação dasmáquinas foram adquiridas cinco caldeiras a vapor, comgeradores de vapor cilíndricos, correspondendo, cada um,a uma superfície de aquecimento de 90 m².

Os construtores garantiam que o consumo de combustívelnão ultrapassaria 1,200 kg de carvão por hora e por cavalo--vapor de 75 quilogrâmetros. O carvão a utilizar deveria sercarvão inglês, de boa qualidade, com, pelo menos, 45% decarvão graúdo3.

A quarta máquina veio a ser colocada na sequência de umnovo contrato celebrado em 29 de Outubro de 1888, dadoque a Companhia havia já procedido às obras estipuladasno contrato de 1868, e havia que dispor de um instrumentolegal que permitisse dar expansão ao desenvolvimento dasinfra-estruturas do abastecimento.

No que se refere à elevação da água, para que ela chegasseà zona alta tornou-se necessário construir uma estaçãoelevatória junto do reservatório do Arco, com dois gruposelevatórios, sistema Worthington, um de tríplice expansão,elevando 10.350 m³ por dia a 26 m de altura, e o outro desimples expansão, elevando 5.000 m³. Estas máquinas eramalimentadas com o vapor produzido por duas caldeirasaqui-tubulares do tipo De Nayer.

Dado que a água do Alviela agora chegava ao Arco e aoPombal, misturando-se com as águas altas do Aquedutodas Águas Livres, também do Pombal atingia a Penha deFrança, através do sifão construído pela 1ª. Companhia.

3 No comércio, havia diversos tipos de carvão de acordo com otamanho. Um carvão mais miúdo teria, certamente uma com-bustão mais rápida, e uma menor superfície de aquecimento.

ser dada plena razão. Tratava-se da aprovação do regula-mento das canalizações particulares, instrumento previstono contrato, e sem o qual a Companhia não conseguiriagarantir a sua sobrevivência económica.

A oposição da sociedade fez-se sentir contra um regula-mento deste tipo, à semelhança do que iria acontecer, porexemplo, no Porto alguns anos mais tarde, em contextosemelhante, pois tal imposição representava um atentadocontra as liberdades constitucionais. Aqui, em Lisboa, aCompanhia, para conseguir a aprovação do regulamento,acabou por parar as obras do Alviela em 1873, tendo queenfrentar processos em tribunal. Ao fim de dois anos debatalhas judiciais, quando veio a ter garantias de publi-cação do regulamento, retomou as obras, vindo o sistemado Alviela a ser inaugurado em 3 de Outubro de 1880,acabando por ficarem sem efeito as sanções aplicadas àCompanhia, e vindo, mais tarde, a ser prorrogado o prazo deconcessão pelo tempo de paragem das obras, passando adata do fim da concessão para 30 de Outubro de 1974.Lisboa dispunha agora, para além das águas altas e daságuas orientais, de um volume de 30.000 m³ diários deágua.

A estação elevatória foi inaugurada com três máquinasapenas, ficando o espaço para uma quarta máquina, queviria ser colocada em 1889.

Fig. 14 - Fachada da Estação Elevatória a Vapor dos Barbadinhos

As máquinas, à semelhança do que acontecera na estaçãoda Praia, foram adquiridas à casa Windsor & Fils, de Ruão.Tratavam-se de máquinas verticais, de balanceiro, de efeitoduplo, com dois cilindros, e de expansão variável, do sistemaWoolf. A primeira máquina destinava-se a elevar um volumede água de 10.000 m³ em 24h a uma altura de 47 m, incluindoa perda de carga, para o reservatório da Verónica, na Graça,que abastecia a zona baixa, ou seja, aproximadamente 139litros de água por segundo. A segunda e terceira máquinasdeveriam elevar em conjunto um volume de 12.000 m³ em 24 h, a uma altura de 77 m, incluindo a perda de carga,para a cisterna do Monte, de onde a água ia por sifão aoreservatório do Arco, na zona média, ou seja, aproximada-mente 83 litros de água por segundo cada máquina. Cadauma das três máquinas deveria corresponder a uma forçaefectiva sobre a árvore do volante de 120 cavalos-vapor de 75 quilogrâmetros.


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O País atravessava um período de grande instabilidadepolítica e económica, com sucessivas quedas do Governo, e,mesmo após a implantação da República, a instabilidadecontinuou a fazer-se sentir, e, com a 1ª. Guerra Mundial de 1914-18 e a consequente subida dos preços, não haviacondições para a Companhia avançar com este projecto.

Para além disso, levantavam-se objecções técnicas ao projecto,pois o caudal do Rio Tejo, no Verão, baixava para níveis quepunham em risco o abastecimento, e, por outro lado, a águaera fortemente mineralizada.

A falta de água era uma realidade que se agravava de anopara ano, sem que houvesse lugar para a concretizaçãoefectiva de uma obra de grande envergadura queresolvesse definitivamente o problema. Em 1915 foiencomendado ao Professor Choffat um estudo no sentidode se alterar o regime do Alviela nas nascentes, estudo esteque veio a ser realizado pelo Professor Ernest Fleury, quevivamente desaconselhou tal hipótese. Por essa mesmaaltura, o Engenheiro Jesus Palácio Ramillo apresentou àCompanhia uma proposta que consistia na construção deuma albufeira no Rio Trancão, na zona de Bucelas, paraabastecimento de água, proposta que foi rejeitada porcarência de viabilidade técnica e económica.

1.10 As municipalizações do abasteci-mento de água e a sobrevivência daCompanhia

Após a constituição da Companhia, surgiram diversasempresas privadas de abastecimento de água um poucopor todo o País, desde sociedades anónimas a sociedadesem comandita ou em nome individual, sendo algumas,como a do Porto, de estrangeiros, caso da CompagnieGénérale des Eaux pour l'Étranger. Porém, as dificuldadescrescentes levam ao fim destas companhias, num movi-mento de municipalização. No Congresso Nacional Muni-cipalista, de 1922, tinham-se, aliás, defendido teses nosentido da organização de serviços municipalizados deabastecimento de água, gás e electricidade, teses que vêma ver a sua concretização em 1927, durante a Ditadura, anoem que, com a municipalização do abastecimento de águado Porto, se fecha este ciclo na indústria da água4.

Restava o caso de Lisboa, onde a Câmara desferia fortesataques à Companhia, procurando resgatar a concessão.Dado que, no entanto a dívida da Câmara pelo excesso deágua consumida para além da dotação gratuita era elevada,a Companhia, pela mão do seu Director-Delegado CarlosPereira, conseguiu, a custo, levar de vencida a contenda.

4 A nível nacional, e no Ministério das Obras Públicas, fora criado,em 1900, o Conselho dos Melhoramentos Sanitários. EsteConselho, que durou até 1921, foi sempre, apenas um órgãoconsultivo, sem poderes efectivos de regulação do sector.

A expansão do abastecimento domiciliário tornou-se umarealidade. Se antes de 1868 apenas 143 consumidores tinham água canalizada, no final desse ano o seu númeropassara a 260, em 1870 a 4.009, em 1875 a 11.032, em 1880a 16.540, e em 1883, três anos após a inauguração doAlviela, já tínhamos 27.167 consumidores.

Com o excesso de água que tinha, a Companhia decidiuproceder à montagem de uma moderna lavandaria indus-trial, no Regueirão dos Anjos, iniciativa que, no entanto, nãocorrespondeu às expectativas, dando elevados prejuízos.

Em 1885, com a anexação a Lisboa dos concelhos dosOlivais e de Belém, a cidade ficou com uma população de311.471 habitantes, estando a Companhia obrigada, pelocontrato, a abastecer toda a cidade agora aumentada.

Era necessário, portanto, um conjunto de obras que permi-tissem expandir o abastecimento, e da negociação do novocontrato de 1888 constaram a construção do reservatóriode Campo de Ourique, com capacidade de 120.000 m³, aconstrução de mais um compartimento no do Pombal,duplicando a sua capacidade para 12.000 m³, construçãode um novo reservatório na Ajuda, com capacidade de1.000 m³, ligação dos reservatórios da Verónica e daPatriarcal por um sifão, colocação da quarta máquina nosBarbadinhos, ampliação da capacidade de elevação daestação do Arco para 7.000 m³ diários, assentamento dascanalizações necessárias para ligar os novos reservatórios.

A expansão da cidade não apenas pela anexação dos antigosconcelhos, mas também pelo seu crescimento para norte,com a construção da Avenida da Liberdade e das AvenidasNovas, do projecto de Ressano Garcia, trouxe novamentesituações de carência.

Num novo contrato celebrado em 18 de Julho de 1898, aCompanhia obrigava-se a construir um reservatório emSanto Amaro. Neste contrato, o Governo, que dava àCompanhia a exclusividade do abastecimento de água,reservava para si o direito de elevar água no Tejo, junto aLisboa, para lavagens e para os esgotos da cidade, ideia queera defendida, aliás, pelo General Augusto Pinto de MirandaMontenegro, fiscal do Governo junto da Companhia.

O reservatório de Campo de Ourique veio a ficar concluídoem 1900, vindo o da Ajuda a ser construído em S. Jerónimo,com a capacidade prevista para o de Santo Amaro, de4,500 m³, não se tendo vindo a construir este último.

1.9 O projecto de 1908 para captação deágua no Tejo

Em 1908, já num período em que se começam a sentirgrandes dificuldades no abastecimento, os engenheirosJoão Severo da Cunha e João Augusto Veiga da Cunhaelaboram um projecto que visava a captação de água noTejo, no sítio da Boa Vista, a cerca de 3 km da confluência doAlviela, água essa que seria depurada em filtros rápidos nosítio da Nora Alta, próximo de Sacavém.


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Em 1931 foi a vez da substituição das máquinas a vapor daestação elevatória da Praia por uma bomba horizontal GANZ,com uma capacidade de elevação de 4.320 m³ diários a 73 mde altura, movida por um motor de 95 CV de potência efec-tiva. A produção da estação, contudo, não excedia os 2.500m³ diários, variando com o movimento das marés, deixandode ser aproveitada a partir de Julho de 1938 por impotabi-lidade da água.

Em 1932 tem lugar a construção do reservatório elevado daPenha de França, com 600 m³ de capacidade, para abasteci-mento da zona alta oriental. Dada a sua cota de soleira ser mais elevada que o reservatório do Pombal, pensava aCompanhia, através da Penha de França regularizar tambéma zona alta ocidental, o que, na realidade, não veio a acon-tecer. Para este novo reservatório a água era elevada a partir dos Barbadinhos, por um dos grupos da zona alta.

Fig. 17 - Construção do reservatório da Penha de França

1.11 Duarte Pacheco e o contrato de 31de Dezembro de 1932

O grande salto em frente, verdadeira mudança de paradigmatecnológico, vai-se dar a partir de 31 de Dezembro de 1932,com a imposição pelo Governo, através do Ministro das ObrasPúblicas, Engenheiro Duarte Pacheco, de um novo contratode concessão à Companhia, na sequência do qual, peloDecreto nº. 22181, de 3 de Fevereiro de 1933, foi criada aComissão de Fiscalização das Obras de Abastecimento deÁgua à Cidade de Lisboa, comissão pertencente ao Minis-tério das Obras Públicas, que fazia a fiscalização técnica eadministrativa da CAL. Em Novembro de 1943 a Comissãopassou a designar-se por Comissão de Fiscalização dasÁguas de Lisboa.

Com o novo contrato de concessão, Duarte Pacheco vai criarcondições de sobrevivência à Companhia, resolvendo odiferendo com a Câmara através de mecanismos financeiros

Entretanto, e para obviar às carências que se faziam sentir,a Companhia lançou mão de novos recursos, as nascentesdas margens da ribeira da Ota, que lhe permitiam aumentaro caudal do Alviela em 8.000 m³ diários, valor médio, já que a produção das nascentes, na estiagem, baixava aníveis bastante reduzidos. Estes trabalhos realizaram-se nodecorrer do ano de 1925, bem como a construção de umaestação elevatória equipada com dois grupos, com a capaci-dade elevatória unitária de 15.000 m³ diários, de bombascentrífugas e unicelulares, movidas por motores Dieselpesados, com uma potência efectiva de 90 CV cada.

Nesta época já as máquinas eléctricas haviam dado entradana distribuição, pois na estação do Arco, em 1917, duasmáquinas da fábrica suíça Sulzer, movidas por motores datambém suíça fábrica Oerlikon, com a potência efectiva de90 CV cada, podendo elevar um volume de 11.900 m³diários cada uma, tinham sido colocadas em substituiçãodas anteriores.

Em 1928 terá lugar a desactivação da estação elevatória avapor dos Barbadinhos, e a sua substituição por umaestação eléctrica. Para a estação a vapor elaboraram-semais tarde projectos para a sua adaptação a um conjuntode grupos elevatórios movidos por motores Diesel, que nãovieram a ser concretizados.

A nova estação albergava seis grupos elevatórios com bombasda fábrica francesa Rateau accionadas por motores suíçosBrown Boveri. Um grupo com a capacidade de 12.000 m³diários e outro de 9.600 m³, elevavam para a zona alta, parao Pombal, tendo uma potência de, respectivamente, 260 e215 CV. A altura da elevação era de 98 m. Outros dois grupos,com a capacidade de elevação de 12.000 m³ cada, a 82 m,e cujos motores possuíam uma potência de 215 CV cada,elevavam a água para os reservatórios da zona média, o doArco e o de Campo de Ourique. Finalmente, os dois últimosgrupos, com uma capacidade elevatória de 15.000 m³ cada,a 49 m de altura, possuíam uma potência unitária efectivade 160 CV, elevando para a zona baixa, para a Verónica.

Fig. 16 - Estação Elevatória dos Barbadinhos - Sala das Máquinas


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Em 1933 o caudal do Canal Alviela foi reforçado com aságuas de Alenquer, construindo-se, para o efeito, umaestação elevatória que veio a ser equipada com dois gruposelectro-bombas com a capacidade de elevação de 11.230 m³cada, a uma altura de 28 m, e uma potência de 70 CV. A captação das águas de Alenquer provocou o abaixamentodo nível das águas nos poços, tendo dado lugar a umgrande número de reclamações dos proprietários locais,havendo que criar formas de indemnização pelos prejuízoscausados. A captação de Alenquer veio mais tarde a serampliada, com a abertura de mais três poços em 1949 embora apenas dois em regime normal de exploração, ecom uma nova estação elevatória, em funcionamento apartir de 1960.

Ainda em 1933 surgiu uma proposta da InternationalWater Company para a captação de 20 a 25.000 m³ nascamadas do Belaziano, em Lisboa, por meio de cinco furosde 350 m de profundidade. A mesma companhia propu-nha-se igualmente captar água nos vales de Belas e Queluz,contudo as suas propostas, além de onerosas, não ofereciamgarantias efectivas quanto aos caudais indicados.

A construção do Canal Tejo começou por um primeiro troçoentre Sacavém e o Carregado. Em Sacavém, aliás, já no projecto de 1908 estava prevista a filtragem das águas, nosítio da Nora Alta. A obra foi entregue ao empreiteiroWaldemar Jara d'Orey, devendo-se os projectos aosEngenheiros João Severo da Cunha, autor do projecto de1908, e Luís Veiga da Cunha.

Fig. 19 - Construção de uma conduta forçada no Canal Tejo

A ideia inicial de captar água na Boa Vista acabou por seradiada, pois a firma Layne & Co. apresentou uma propostainteressante ao Governo, que vai ser recebida com entusi-asmo pelo Engenheiro Duarte Pacheco. Era possível captarapreciáveis caudais de água nas aluviões do Tejo, na regiãodo Carregado, Espadanal, Quinta do Campo e na Lezíria.Depois de uma missão técnica dos engenheiros da Companhiaa vários países estrangeiros, a opção pela captação empoços de grandes profundidades torna-se uma realidade.

para a liquidação das dívidas desta pelo excesso de consumo,afastando de vez o fantasma da municipalização. Para alémdisso vai dar condições à Companhia para construir umnovo grande sistema tecnológico, o do Canal Tejo.

O programa de obras constantes do contrato estava divididoem quatro fases, correspondentes a quatro momentos deampliação do abastecimento, agora não só de Lisboa, mastambém das zonas atravessadas pelos canais e das zonassuburbanas.

Na 1ª. fase, seriam feitas as obras necessárias para a elevaçãodas águas do Tejo na Boa Vista e a sua introdução, apósdepuração mecânica, no Alviela, próximo de Alcanhões,utilizando-se toda a capacidade de vazão do canal. Estasobras deveriam estar concluídas em Junho de 1933.

A 2ª. fase compreendia as obras necessárias para aumentara produção em mais 80.000 m³ de água diários. As águas do Tejo seriam beneficiadas com as águas do Zêzere,armazenadas acima da confluência do Nabão, e, para oefeito, seria construído um dique, com uma albufeira com acapacidade de 30 milhões de m³, que poderia ser tambémutilizado para a produção de energia eléctrica. Esta fasedeveria ficar concluída até ao fim de 1936.

Na 3ª. fase, a executar quando o consumo particularatingisse 16 milhões de m³, seriam trazidos do Zêzere, emcanal próprio, e introduzidos no Canal Tejo, mais 55.000 m³,diários.

A 4ª. e última fase consistia na ampliação da capacidade deprodução em mais 50.000 m³ diários de água captada noZêzere e introduzida no Canal Tejo, a executar quando oconsumo particular atingisse 24 milhões de m³.

Uma questão que houve que resolver de imediato foi a doaumento da capacidade de vazão do Canal Alviela. Emborana parte livre o canal tivesse uma capacidade de vazão daordem dos 70.000 m³ diários, o facto de, nas passagens dos vales, possuir uma única linha de sifões, a capacidadeefectiva de transporte era da ordem dos 30.000 m³. Havia,portanto, que construir uma segunda linha de sifões, obraque foi executada logo em 1933. Por essa altura já o velhosifão de ferro sobre o Rio Trancão, em Sacavém, havia sidosubstituído por um sifão passando por debaixo do leito do rio.

Fig. 18 - Antigo sifão do Alviela sobre o Rio Trancão, em Sacavém.


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Um estudo de 1939 havia determinado já a capacidadeelevatória exigida à estação, da ordem dos 250.000 m³diários. Iniciando-se em barracões provisórios, a inaugu-ração das suas instalações definitivas veio a ter lugar em 31 de Maio de 1948, e, dadas as suas dimensões, a própriacolocação dos grupos elevatórios, em número de doze,foi objecto de um processo contínuo, com sucessivasactualizações, que continua ainda no presente.

Fig. 22 - Quadro eléctrico de comando e controlo da Estação

Elevatória dos Olivais

1.12 Os problemas da qualidade das águasEm breve houve que proceder ao tratamento das águas, pois,ao contrário do que inicialmente se observara, estas águasdeixavam sedimentos de ferro e manganés nas condutas.

Por outro lado, tornava-se necessário proceder à desin-fecção das águas, dados os conhecimentos entretantoadquiridos sobre as suas características, e a necessidade deassegurar a sua potabilidade, face a uma série de epidemiasde febres tifóides.

Os primeiros ensaios sistemáticos de cloragem das águas,por ocasião de febres, tiveram lugar na cidade americanade Maidstone, em 1897. A partir daí o processo de desin-fecção das águas foi-se expandindo, sendo em França utilizada uma solução de cloro, a água de Javel.

O higienista português, Professor Ricardo Jorge, chegoumesmo a defender em meios internacionais, em 1913, acloragem das águas não apenas em caso de epidemias, masde uma forma sistemática e preventiva.

A utilização do cloro levantou graves problemas, pois dareacção do cloro com o alcatrão que revestia o interior dostubos resultava a formação de clorofenóis que davam àágua um sabor a fénico. Estes problemas vieram a ser ultra-passados com o aperfeiçoamento de um aparelho doseadordo cloro na água, aparelho que havia sido concebido porBunau-Varilla e modificado pelo técnico Bernardino Gomesde Pinho, dos quadros da CAL.

A adjudicação da construção dos poços acabou por ser feitaà firma alemã Johann Keller, que apresentava condiçõesmais vantajosas. Além desta firma, temos a adjudicação àfirma americana R. W. Herbard da construção experimentalde um poço na Quinta do Campo, próximo de Vila Nova da Rainha.

Os equipamentos das diversas estações elevatórias dospoços apresentam características diferentes dos das outrasestações, sendo os grupos elevatórios de eixo vertical,ligados aos tubos de aspiração das águas, tubos estes comdispositivos de filtragem nas suas paredes internas.

Fig. 20 - Captação de água - Grupo moto-bomba dum poço

Entretanto em Lisboa, na Quinta da Ché, Olivais, havia sidoconstruída a estação elevatória, junto ao reservatório dechegada das águas do Canal Tejo.

Projecto do Arquitecto Carlos Rebelo de Andrade, nela vemosa intervenção de Jorge Barradas, escultor que também,como Rebelo de Andrade, tem o seu nome ligado à FonteMonumental, da Alameda de D. Afonso Henriques, monu-mento que, iniciativa da Comissão de Fiscalização dasÁguas de Lisboa, celebra a chegada das águas do Tejo àcidade.

Fig. 21 - Estação Elevatória dos Olivais, fachada principal


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Fig. 24 - Construção da torre de captação de água na Barragem deCastelo de Bode

A captação de água no Tejo, no dique de Valada, onde aságuas do mar já não fazem sentir os seus efeitos, começoupor meio de uma estação piloto, construída em 1958, e quefuncionou durante um ano. Em 1959 arrancou o projectopara a estação definitiva, que veio a ser inaugurada em 8 deJunho de 1965 com três grupos elevatórios, com umacapacidade diária de 100.000 m³.

A água é elevada para uma estação de tratamento, em Valeda Pedra, construída pela firma Degrémont, onde a água édecantada, filtrada e sujeita ao processo da floculação pormeio de reagentes, e finalmente desinfectada por meio de cloro, com correcção posterior em postos de cloragemdispersos pela rede de distribuição.

A estação de tratamento de Vale da Pedra, com uma capaci-dade de produção de 240.000 m³ diários, já em 1963 estavaem funcionamento, fornecendo água de boa qualidade aLisboa. Na sequência de todo este progresso tecnológico, eporque os custos de tratamento fossem bastante elevadosface à pouca quantidade de água, a CAL decidiu, em 1967,desafectar por completo do abastecimento o Aqueduto dasÁguas Livres.

Fig. 25 - ETA de Vale da Pedra

Fig. 23 - Laboratório Bacteriológico da Companhia das Águas de Lisboa

Na década de 40 tornou-se necessário projectar duasestações de tratamento para as águas do Aqueduto dasÁguas Livres, uma na Amadora e outra na Buraca, pois estecontinuava a ser parte dos sistemas de abastecimento deLisboa, muito embora tivesse uma produção reduzida.Algumas das suas nascentes já estavam inquinadas noséculo XIX, como constatam o químico Hugo Mastbaum eo geólogo Paul Choffat. Com o tratamento, a água dasnascentes já não precisava de ser deitada fora através dosdescarregadores, e, em períodos de carência, o passeiocentral do Aqueduto chegou a ser utilizado também comocaleira.

1.13 As duas opções em confronto - Tejoou Zêzere

Como já atrás ficou dito, a primeira opção do contrato de1932 era pelas águas do Tejo, captadas na Boa Vista. Porém,dos projectos de obras fazia parte uma clara opção pelaságuas do Zêzere, menos mineralizadas, e que corrigiriam aexcessiva mineralização das águas do Tejo.

Como também foi referido, a captação das águas das aluviões do Tejo veio a alterar profundamente os projectosde desenvolvimento do abastecimento de água.

A determinada altura tornava-se necessária uma soluçãopara o problema da falta de água, uma vez que o abasteci-mento e a melhoria substancial das condições de salubri-dade arrastara um aumento significativo da população aabastecer, aspecto ainda mais agravado com a expansão doabastecimento para os concelhos limítrofes.

A opção clara da Companhia foi pelo Tejo, águas cujo apro-veitamento foi por diversas vezes defendido pelo EngenheiroVeiga da Cunha. No entanto, na barragem do Castelo doBode, lá estava a torre de captação de água, iniciativa doEngenheiro José Frederico Ulrich, construída durante asobras de construção da barragem, em 1949. Caso isso nãotivesse sido feito, mais tarde, com a barragem cheia, talobra seria de muito mais difícil, ou até mesmo impossível,execução.


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Fig. 26 - Barragem do Castelo de Bode

O parecer do Conselho Superior de Obras Públicas exaradono projecto da captação Tejo de Valada apontava mesmopara o Castelo do Bode, inviável no curto prazo, e para acaptação nas albufeiras do Cabril e da Ponte da Bouçã, e aserem conduzidas a Lisboa em adutor próprio, projecto aser "objecto de um estudo profundo, feito em tempo útil,para permitir o início da sua realização por volta de 1970 ea sua entrada em serviço quando ficar saturada a capaci-dade de transporte do Canal do Tejo, já então elevada para400.000 m³ por dia, o que se deve verificar em 1974, ano emque termina a concessão da Companhia das Águas de Lisboa".

Os estudos relativos ao aproveitamento das águas do Zêzerenão haviam, pois, sido abandonados, sendo-lhe dado especialrelevo no Plano Geral de Abastecimento de Água à Região deLisboa, publicado em Junho de 1962, à semelhança do quesucedera no Estudo Prévio para Ampliação do Abastecimentode Água à Cidade de Lisboa, de Janeiro de 1950.

Objecto de estudos posteriores, o projecto veio a ser concre-tizado apenas a partir de 1975. Para tal projecto havia-seprocedido em 1972 à actualização do Plano Geral publicadodez anos antes.

Em 1986 foi o subsistema inaugurado com uma capacidadede produção de 375.000 m³ diários, sendo composto pela torrede captação, agora completa, uma central elevatória situada ajusante da barragem, uma estação de tratamento naAsseiceira, e um adutor que conduz a água a uma centralelevatória construída em Vila Franca de Xira, de onde aágua é elevada para Telheiras, em Lisboa.

1.14 Expansão do abastecimento

Com o sistema Tejo completo, com esta 2ª. fase, correspon-dente à captação de Valada-Tejo, agora com a componente"tratamento de água" a contribuir para a função "abasteci-mento de água", com pleno desenvolvimento das técnicaspossibilitadas pelo conhecimento da Física, da Química, daGeologia, a CAL vai poder abastecer uma área muito maisvasta, sucedendo-se os contratos com as Câmaras limítrofes,que a Companhia abastece em alta, vendendo depois estasa água aos consumidores particulares através dos seusServiços Municipalizados.

O progresso verificado acelerou a consequente expansãourbana e industrial em toda a região de Lisboa, pois a águanão é elemento vital apenas para o consumo humano, mastambém motor de desenvolvimento económico e industrial.

Também em Lisboa o crescimento urbano se fez sentir, e acidade tem agora quatro andares, em vez dos três em que,inicialmente, Mary, no século XIX, a dividira. São eles delimi-tados pelas curvas de nível de 0 m - 40 m, 40 m - 62 m,62 m - 95 m, e 95 m - 120 m, correspondentes, respectiva-mente, às zonas baixa, média, alta e superior. Acima dos120 m, mais tarde, será criada a zona limite. Com estadivisão garantia-se uma altura piezométrica mínima de 30 m.

1.15 A EPAL e o Castelo do Bode

Como já atrás foi referido, a concessão da CAL terminou em30 de Outubro de 1974, dando esta companhia lugar a umaempresa pública, a EPAL, que, a braços com nova crise defalta de água, vai ter que se virar, definitivamente, para oZêzere.

Em 1959 a CAL, no projecto que elaborara para a construçãoda captação de água do Tejo em Valada, afirmava:

"Lá está no Zêzere a torre de tomada de água, que o ministroJosé Frederico Ulrich mandou fazer, pois, mais tarde, a captação na albufeira não seria viável por impossibilidadede construção das fundações da torre. (Quem sabe agoraqual o aproveitamento que a torre pode vir a ter um dia?).

Mas ir ao Zêzere são mais 50 quilómetros e não se julgueque a água da albufeira não necessitaria tratamento, poisos exemplos bem conhecidos estão por toda a parte e oassunto foi já largamente debatido para não se discutir anecessidade da sua filtração".

Não foram, com a opção Tejo, abandonadas as águas doZêzere, muito embora, ainda em 1970, a CAL encarasseoutras hipóteses no curto prazo, como a execução de maispoços nos mouchões do Tejo. O Zêzere, conforme os estudosmencionados referem, poderia, na albufeira do Castelo doBode, dar meio milhão de m³ diários.


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Fig. 26 - Barragem do Castelo de Bode

Fig. 27 - ETA da Asseiceira

A partir de 1993 procedeu-se à ampliação do subsistemapara uma capacidade de tratamento e adução de 500.000 m³diários através de um conjunto de obras que ficaram concluídas em 1996, o que possibilita hoje o abastecimento,pela EPAL, de água a um total de 26 municípios correspon-dentes a cerca de um quarto da população do País.

A EPAL é hoje uma sociedade anónima, de capitais exclusi-vamente públicos, e encontra-se integrada num grupo maisvasto, a Águas de Portugal, AdP, que, com um conjunto de empresas multi-municipais, abastece de água a quasetotalidade do País, e onde se encontra espelhado todo umconhecimento científico e tecnológico que é parte impor-tante da nossa identidade, da nossa memória colectiva, ecujos testemunhos urge a todo o custo preservar comopatrimónio histórico.

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1.16 Referências bibliográficas

Arquivo Histórico da EPAL

CAL. Boletim dos Serviços Sanitários - Tratamento de água.

CAL. Boletim dos Serviços Técnicos.

CAL. Contratos de concessão [diversos anos].

CAL. Estudo para o abastecimento de Lisboa com água doTejo. 1908.

CAL. Estudo prévio para ampliação do abastecimento deáguas à cidade de Lisboa. Fevereiro de 1950.

CAL. Inauguração da obra de captação de água no rio Tejo.8 de Junho de 1965.

CAL. O Rio Tejo deve contribuir para o abastecimento deágua de Lisboa e zona sub-urbana [Palestra do Engenheiro--Chefe, Luís Veiga da Cunha, durante a visita ministerial àestação piloto de Valada]. Abril de 1958.

CAL. Plano geral de abastecimento de água à região deLisboa. Junho de 1962.

CAL. Projecto de abastecimento de água à cidade de Lisboa.Rede geral de distribuição. 1938.

CAL. Projecto de captação de água no rio Tejo, em Valada.Março de 1959.

CAL. Projecto de introdução de água do Tejo no Canal doAlviela (1ª. Fase). Janeiro de 1933.

CAL. Projecto de reservatório elevado a construir na Penhade França e respectiva conduta de elevação. Março de 1929.

CAL. Projecto de toma de água do Tejo na Boavista. Julho de1933.

CAL. Projecto de uma nova estação elevatória nosBarbadinhos. Abril de 1926.

CAL. Relatórios da Direcção.

CAL - Serviços Sanitários. O abastecimento da capital pelaágua dos poços do Carregado. Relatório. Julho de 1938.

CAL. Situação actual do abastecimento. Perspectivas paraos próximos dez anos. Junho de 1970.

Companhia da Empreza das Águas de Lisboa. Relatórios daDirecção.

MACHADO, José Manuel. Evolução das estações elevatóriasda Companhia desde a fundação à actualidade. In Boletimdos Serviços Técnicos, anos XXIX - XXX, 1963/64, CAL,Lisboa, ps. 117 - 202.

Relatório da Comissão encarregada de estudar as novascaptações para o abastecimento de águas a Lisboa earredores, por despacho de S. Ex.ª. o Ministro das ObrasPúblicas de 29 de Outubro de 1948.

Relatório sobre o tratamento das águas de Lisboa elaboradopela Comissão nomeada pela Portaria de 12 de Novembrode 1938. Ministério das Obras Públicas, Lisboa, 1940.

RODRIGUES, Joaquim Ângelo Caldeira e FRAGOSO, JoséJoaquim. Considerações sobre zonas de distribuição - o casode Lisboa. In Boletim dos Serviços Técnicos, ano XXII, 1956,CAL, Lisboa, ps. 85 - 107.

RODRIGUES, Joaquim Ângelo Caldeira. Memória sobre osreservatórios de Lisboa. In Boletim dos Serviços Técnicos,ano XXIV, 1958, CAL, Lisboa, ps. 53 - 95.

VITAL, Raul Fontes. A iniciativa privada no abastecimento deágua em Portugal - séc. XIX e XX. Lisboa, EPAL, 1990 (textopolicopiado).

Obras consultadas

ALVES, João Carlos. Abastecimento de água à cidade deLisboa. Separata do Boletim da CFOAACL, nº. 16, Lisboa,1940.

BRANCO, A. G. Soares. Notícia sobre o abastecimento deLisboa com águas de nascentes e águas do rio: estudos eobras dos últimos cem anos. Separata do Boletim da CFAL,nº. 36, Lisboa, 1955.

CASEIRO, Carlos, VITAL, Raul, e PENA, Américo. Memórias eoutras histórias do Aqueduto das Águas Livres. EPAL, Lisboa,1998.

CFAL. Boletim da CFAL.[ Anteriormente a 1943, com a desi-gnação Boletim da CFOAACL].

ALMEIDA, Amaro de. Lisboa capital das águas. Separata dosnº. 49 e 50 da Revista Municipal. Câmara Municipal deLisboa, 1952.

AMARAL, Eloy do. Congresso Nacional Municipalista de1922. Lisboa, 1923.

CHOFFAT, Paul. Les eaux d'alimentation de Lisbonne.Rapport entre leur origine géologique et leur compositionchimique. Separata das Comunicações da Direcção dosTrabalhos Geológicos, tomo III, fascículo II, Academia dasCiências, Lisboa, 1898.

CHOFFAT, Paul. Resumo das condições hidrogeológicas dacidade de Lisboa. In Boletim da Direcção Geral deAgricultura, sexto ano, nº. 1. Imprensa Nacional, Lisboa,1895, ps. 13 - 19.

CUNHA, Luís Veiga da. A nova instalação de cloragem daságuas do grupo do Alviela. Separata da Revista da Ordemdos Engenheiros, ano I, Março-Abril, nº. 8, Lisboa, 1944.

CUNHA, Luís Veiga da. As águas de Lisboa. Separata daRevista da Ordem dos Engenheiros, Lisboa, s.d..


29

SMITH, Merritt Roe, MARX, Leo (eds.). Does Technology driveHistory? The dilemma of Technological Determinism. MIT,Massachussets, 1994.

VELLOSO D'ANDRADE, José Sérgio. Memória sobre cha-farizes, bicas, fontes e poços públicos de Lisboa, Belém, emuitos lugares do termo, oferecida à Exmª. CâmaraMunicipal de Lisboa. Imprensa Silviana, Lisboa, 1853.

VIGREUX, Ch. (dir.). Notes et formules de l'ingénieur. E.Bernard, Paris, 1905.

VITAL, Raul Fontes. L'approvisionnement en eau à Lisbonneau XIXème siècle. In BELOT, Robert, COTTE, Michel etLAMARD, Pierre (dir.). La Technologie au risque del'histoire. Université Technologie de Belfort-Montbéliard etBerg International Éditeurs, Paris, 2000, ps. 51 - 54.

VITAL, Raul Fontes. Lisboa e as águas (Da Lisboa Ribeirinhaàs águas altas e ao Tejo e seus afluentes - a dinâmica doabastecimento de água numa cidade em constanteexpansão). II Colóquio Temático "Lisboa Ribeirinha", Actasdas Sessões, Câmara Municipal de Lisboa, 1997.

VITAL, Raul Fontes. O Aqueduto das Águas Livres. Dasolução para a falta de água ao impasse tecnológico.Comunicação apresentada ao XVIII Encontro da AssociaçãoPortuguesa de História Económica e Social, Lisboa, 1998(texto policopiado).

VITAL, Raul Fontes. O desenvolvimento económico e asempresas de abastecimento de água em Portugal. Comu-nicação apresentada ao XVII Encontro da AssociaçãoPortuguesa de História Económica e Social. Ponta Delgada,Universidade dos Açores, 27 - 29 de Novembro de 1997(texto policopiado).

VITAL, Raul Fontes. O Museu da Água da EPAL. Uma experi-ência na defesa do património. In Arqueologia & Indústria,nº. 1, APAI, Lisboa Julho de 1998, pp. 145 - 152.

VITAL, Raul Fontes. Os novos núcleos do Museu da Água - apreservação do património museológico e dos arquivos,In 1º. Encontro Internacional sobre Património Industriale sua Museologia. Comunicações. Museu da Água da EPAL,1 e 2 de Outubro de 1999. Lisboa, EPAL, 2000, ps. 71 - 74.

CUNHA, Luís Veiga da. Estudo de uma estação de filtraçãode água potável. Separata da Revista da Ordem dosEngenheiros, ano III, Novembro, nº. 23, Lisboa, 1945.

GOMES, Bernardino António. O esgoto, a limpeza e oabastecimento das águas em Lisboa, o que foram ou são, eo que devem ser, considerado tudo à luz das boas práticas edoutrinas. Academia das Ciências, Lisboa, 1871.

HUGHES, Thomas P., The evolution of large technologicalsystems, in BIJKER, Wiebe, HUGHES, Thomas P., PINCH,Trevor (eds.). The social construction of technological systems.New directions in the Sociology and the History ofTechnology. MIT, Massachussets, 1989, ps. 51-82.

MASTBAUM, Hugo. Memória sobre o abastecimento daságuas de Lisboa. In Boletim da Direcção Geral deAgricultura, sexto ano, nº. 1. Imprensa Nacional, Lisboa,1895, ps. 21 - 175.

MOITA, Irisalva (dir. e organiz.). D. João V e o abastecimentode água a Lisboa. Câmara Municipal de Lisboa, 1990.

MONTENEGRO, Augusto Pinto de Miranda. Memória sobreas águas de Lisboa. Imprensa Nacional, Lisboa, 1895.

PINHO, Bernardino de. A cloragem das águas de abasteci-mento. Separata de Notícias Farmacêuticas. 1942.

PINTO, Luís Leite. História do abastecimento de água àregião de Lisboa. 2ª. Ed., INCM/EPAL, Lisboa, 1989.

Representações dirigidas a Sua Magestade a Rainha e aoCorpo Legislativo pela Câmara Municipal de Lisboa sobre oabastecimento de águas na Capital por meio de empresa.Imprensa Silviana, Lisboa, 1853.

RIBEIRO, Carlos. Memória sobre o abastecimento de Lisboacom água de nascente e água de rio. Academia dasCiências, Lisboa, 1867.

RIBEIRO, Carlos. Reconhecimento geológico e hidrológicodos terrenos das vizinhanças de Lisboa com relação aoabastecimento das águas desta cidade. Academia dasCiências, Lisboa, 1857.

ROSSA, Walter. Além da Baixa: indícios de planeamentourbano na Lisboa setecentista. Ministério da Cultura, IPPAR,Lisboa, 1998.


31

Conceitos Fundamentais de Hidráulica, Bombas Centrífugas e Redes Hidráulicas

2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE HIDRÁULICA, BOMBAS CENTRÍFUGAS E REDES HIDRÁULICAS

Autor: Paulo RamísioEngenheiro Civil (FEUP)Mestre em Engenharia do Ambiente (FEUP)Assistente do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do MinhoSócio da SBS – Engenharia Civil, Hidráulica eAmbiente, Lda.

33


Universidade do Minho

A Universidade do Minho é uma universidade pública com autonomia administrativa e financeira. Comemora actualmente o

XXXI aniversário.

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 investigação nos domínios de Construções e Processos, Estruturas, Geotecnia,

Hidráulica, Materiais de Construção, Planeamento e Arquitectura e Vias de Comunicação.

O Sub-grupo de Hidráulica tem como missão formar cientistas e engenheiros através de um estimulante e diversificado

programa na área da mecânica dos fluidos; hidrologia, engenharia sanitária e gestão dos recursos hídricos e contribuir para o

aumento do conhecimento científico nas seguintes áreas preferenciais: Processos de transporte e mistura em ambientes

naturais e sistemas de engenharia; Sistemas de apoio à decisão para o desenvolvimento sustentado da gestão dos recursos

hídricos e desenvolver técnicas de modelação em laboratoriais e modelos computacionais.

A investigação é orientada de modo a não só contribuir para o aumento dos conhecimentos numa determinada área científica

mas também contribuir para a extrapolação dos resultados obtidos em estudos e obras no domínio da engenharia civil.

SBS - Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda.

A SBS é uma empresa de consultoria em engenharia, fundada a 28 de Fevereiro de 1996.

Tem desenvolvido a sua actividade na execução de estudos, consultoria, projectos, acompanhamento técnico e apoio à decisão

em obras de engenharia com especial destaque para as obras de hidráulica e ambiente.

Conta como principais áreas de actuação:

• Abastecimento de Água (Captações, Estações de Tratamento de Água, Sistemas de Adução, Sistemas Elevatórios,

Reservatórios e Redes de Distribuição);

• Águas Pluviais, Residuais e Industriais (Redes de Drenagem, Interceptores e Emissários, Sistemas Elevatórios, Estações de

Tratamento de Águas Residuais);

• Estudos Ambientais (Estudos de Impacte Ambiental, Auditorias Ambientais, Acompanhamento de Obras);

• Infra-estruturas Hidráulicas e Energia (Aproveitamentos Hídricos e Hidroeléctricos, Regularização Fluvial);

• Infra-estruturas Prediais (Projecto e coordenação de todas as especialidades de engenharia, acompanhamento de obra e

Fiscalização).

35


Logo, em termos de tensão unitária:

(2)

onde µ é o coeficiente de viscosidade dinâmica.

A viscosidade dinâmica (µ) para um determinado fluido édeterminada recorrendo a tabelas ou a gráficos enquantoque a viscosidade cinemática (ν) é expressa da seguintemaneira:

ν = µ /ρ (3)

onde ρ é a massa volúmica do fluido. A viscosidade cine-mática nos líquidos varia apreciavelmente com a tempera-tura, sendo desprezável a influência da pressão.

Sendo a viscosidade uma propriedade física que determinaa resistência ao escoamento uniforme de um fluido, elaafecta a distribuição do esforço de corte destes.

Analisando o comportamento dos fluidos em função doesforço e a velocidade de corte, podemos classificá-los daseguinte maneira:

• Fluido Ideal - apresenta resistência nula à deformação;

• Fluido Newtoniano - o esforço de corte é proporcional àvelocidade de corte, sendo τ o declive da recta;

• Fluido não Newtoniano - deforma-se de tal maneira queo esforço de corte não é proporcional à velocidade decorte;

• Plástico Ideal - o fluido sustém, inicialmente, um esforçosem qualquer deformação, deformando-se posterior-mente de forma proporcional ao esforço de corte;

• Sólido Ideal - não ocorre deformação para qualquer valorde tensão.

Os Fluidos Newtonianos são praticamente todos os líquidosorgânicos e inorgânicos enquanto que os Fluidos nãoNewtonianos podem ser classificados em pseudoplásticos,dilatantes, Bingham, etc.. Como exemplos de Fluidos nãoNewtonianos podem-se destacar a pasta de celulose,algumas tintas, borracha, etc…

2.2.3 Compressibilidade

A compressibilidade dos fluidos traduz-se pela diminuiçãodo volume ocupado por uma determinada massa de líquidoquando aumenta a pressão a que esta está sujeita.

De acordo com o seu comportamento sob a acção de umapressão aplicada exteriormente os fluidos podem ser classi-ficados da seguinte forma:

• Incompressíveis - Se o volume de um elemento de fluidoé independente da sua pressão e temperatura. Noslíquidos, devido às pequenas variações de pressão,podem-se considerar incompressíveis para a maior partedos fenómenos.

2.1 IntroduçãoO dimensionamento de um sistema de pressurizaçãodepende de uma grande parte do conhecimento dos fenó-menos hidráulicos envolvidos. Neste capítulo serão anali-sados alguns princípios fundamentais da mecânica dosfluidos e a sua utilização na caracterização da curva carac-terística da instalação e da curva característica de umabomba centrífuga, conceitos essenciais para um bomdesempenho de um sistema de pressurização.

2.2 Princípios da mecânica dos fluidos2.2.1 Propriedades da água

2.2.1.1 Massa volúmica e peso volúmico

Massa volúmica e peso volúmico de uma substância são,respectivamente, a massa e o peso da unidade de volumedessa substância. Para os líquidos estas grandezas variamcom a pressão e a temperatura.

A água tem o valor máximo de massa volúmica à tempe-ratura de 4°C, que à pressão atmosférica normal toma ovalor de 1000 kg/m3. Considerando a aceleração da gravi-dade igual a 9,8 ms-2, o peso volúmico, à mesma tempera-tura será 9800 Nm3.

2.2.2 ViscosidadeA viscosidade dos fluidos traduz-se pela resistência queestes oferecem à deformação. Assim, no seu escoamentodesenvolvem-se forças resistentes, que dão parte à dissi-pação de parte da energia mecânica possuída pelo fluidoem movimento.

Ao pretender modificar-se a forma de uma massa de fluido,observa-se que as camadas do mesmo se deslocam umasem relação às outras, até que se alcance uma nova forma.Durante este processo ocorrem tensões tangenciais(esforços de corte) que dependem da viscosidade e davelocidade do fluido.

O comportamento de um fluido sob a acção de um esforçode corte é importante na medida em que determinará aforma como ele se movimentará. A fim de que se possaintroduzir a noção de esforço de corte (tensão tangencial),torna-se necessário analisar as forças exteriores que actuamnuma determinada massa de fluido sujeita à acção da acele-ração da gravidade.

Num fluido em repouso não existem tensões tangenciais ede acordo com a lei de Pascal a pressão num ponto é igualem todas as direcções. Nos fluidos em movimento, em quese manifeste a acção da viscosidade desenvolvem-se ten-sões tangenciais ou esforços de corte.

A viscosidade é assim uma propriedade física que é definidacomo sendo a resistência de um fluido ao seu escoamentouniforme.

Considere-se duas placas paralelas de fluido, S, que semovem a uma distância, ∆n, a uma velocidade relativa ∆v,a força necessária para o deslocamento será:

(1)n

v ∆∆=∆ SF µ

n

v

∆∆=∆= µτ

S

F

36

• Compressíveis - Se o volume de um elemento de fluido

varia com a sua pressão e temperatura, como acontece

nos gases.

Note-se contudo que nenhum dos fluidos reais é completa-

mente incompressível. No entanto, os líquidos podem ser

encarados como tal para efeitos de estudo de grande parte

das aplicações práticas. É no entanto importante realçar

que em alguns fenómenos, como por exemplo na análise

do choque hidráulico, deve ser considerada a compressibi-

lidade do fluido.

2.2.4 Tensão de saturação do vapor de água

Quando a pressão num ponto de um líquido desce até à

respectiva tensão de saturação de vapor, o líquido entra em

ebulição.

A tensão de saturação do vapor de um líquido, tv, varia em

função da temperatura.

A tensão de saturação de vapor para a água à temperatura

de 20°C é de 2330 N/m2, e à temperatura de 100°C iguala a

pressão atmosférica normal.

No escoamento de líquidos aparecem, em certas condições,

zonas em que a pressão desce até à tensão de saturação de

vapor, formando bolhas de ar, indicadoras da ocorrência do

fenómeno de cavitação.

2.3 Conceitos fundamentais dehidrocinemática e hidrodinâmica

2.3.1 Conceitos básicos

Define-se trajectória de uma partícula como o lugar

geométrico dos pontos ocupados pela partícula ao longo do

tempo, enquanto que linha de corrente num determinado

instante será a linha que goza da propriedade de, em

qualquer dos seus pontos, a tangente respectiva coincidir

com o vector velocidade no mesmo ponto e nesse instante.

O caudal, será o volume que, na unidade de tempo, atravessa

uma secção efectuada num escoamento por uma superfície,

se esta for normal em todos os seus pontos à velocidade do

escoamento. Assim, o caudal, Q, será:

(4)

Velocidade média, V, (numa secção normal em todos os

pontos à velocidade do escoamento) velocidade de um

escoamento que, com velocidade uniforme na secção,

transporta um caudal igual através da mesma secção.


2.3.2 Classificação dos escoamentos

2.3.2.1 Variados, permanentes e uniformes

O escoamento é variável se, numa dada secção transversal,a velocidade média e o caudal variarem com o tempo.

O escoamento é permanente se, em qualquer secção trans-versal, a área da secção líquida e a velocidade média (e, por-tanto o caudal) forem invariáveis com o tempo. Num escoa-mento permanente a velocidade pode variar de ponto paraponto, mas, em cada ponto, mantém-se constante ao longodo tempo.

Um escoamento uniforme é um movimento permanenteem que a velocidade é constante ao longo de uma mesmatrajectória (em módulo, direcção e sentido). Pode entãodizer-se que o escoamento é uniforme se as trajectóriasforem rectilíneas e paralelas e se a área da secção líquida, S,a velocidade média, V, forem invariáveis com o tempo e asecção transversal considerada. O movimento uniforme sóé possível em condutas e canais de eixo rectilíneo e desecção constante.

Escoamentos transitórios são escoamentos que se estabe-lecem na transição entre duas situações de escoamentospermanentes.

2.3.3 Equação da continuidade

A equação da continuidade estabelece o princípio da conser-vação da massa. Assim entre duas secções transversais,num escoamento permanente de um fluido incompressívelsob pressão, mantém-se constante ao longo do tempo ovolume do líquido entre as duas secções.

Considerando uma tubagem com vários troços de diâme-tros diferentes, verifica-se que o caudal de fluido é sempreconstante em toda a tubagem.

Define-se então caudal mássico (Qm) como a massa de fluidotransportada (m) por unidade de tempo (t) e será igual a:

; (5)

A expressão (5) é designada por equação da continuidade.O termo continuidade deriva do facto de o caudal em todosos troços ser constante.

Em termos de caudal mássico (Qm = cont.),

Qm1 = Qm2 = Qm3 = Qm ⇔ ρ.v1.Ai1 = ρ.v2.Ai2 = ρ.v3.Ai3 = ρ.v.Ai (6)

Fig. 1 - Condutas em série

∫= dsvQ

321 vQvQvQ ×=×=× iii vAvAvxAv ×=×=×= 332211

D1 D2

D3

L1 L2 L3

→ → →

37


O teorema de Bernoulli representa uma equação de balançode energia pois iguala a variação da energia mecânica totalentre duas secções de um tubo de corrente ao trabalhorealizado pelas forças locais de inércia (nulas em regimepermanente) e de resistência ∆H.

Na prática, pode-se considerar:

* β1 = β2 = 1,0 → Coeficiente de distribuição de pressão(campo de pressões do tipo hidrostático condutas depequeno e médio diâmetro).

* α1 = α2 = 1,0 → Coeficiente de energia cinética ou deCoriollis, distribuição de velocidades - consideração develocidades médias (1,00 ≤ α ≤ 1,15).

A parcela ∆B corresponde a troca de energia com o exterior:

+∆B ⇒ cedência de energia (turbina)

-∆B ⇒ ganho de energia (bomba).

A parcela ∆H representa o trabalho das forças resistentespor unidade sendo a soma das seguintes parcelas:

(11)

com,

∆H → Forças resistentes totais por unidade de peso (perdasde carga totais)

∆Hp → Perda de carga uniforme (contínua ou principal)

→ Somatório de perdas de carga localizadas (con-centradas acidentais)

Estes parâmetros serão analisados em detalhe em pontosseguintes.

2.3.5 Teorema da quantidade de movimentoou de Euler

O teorema de Euler ou da quantidade de movimento (TQM)é na Mecânica dos Fluidos e, portanto, na Hidráulica o cor-respondente ao teorema da quantidade de movimento daMecânica e pode enunciar-se da seguinte maneira:

Para um volume determinado no interior de um fluido,é nulo em cada instante o sistema das seguintes forças:peso, resultante das forças de contacto que o meioexterior exerce sobre o fluido contido no volume,através da superfície de fronteira, resultante das forçasde inércia e resultante das quantidades de movimentoentradas para o volume considerado e dele saídas naunidade de tempo.

O TQM ou de Euler tem um duplo interesse prático:

1º) Calcular esforços sobre as tubagens e/ou paredes (casodos jactos).

Nestas circunstâncias, facilmente se depreende que o caudalescoado é o mesmo em cada troço de conduta com caracte-rísticas distintas, e que a perda de carga total é dada pelaadição de todas as perdas de carga parcelares:

Q = U1 x S1 = U2 x S2 = ... = Un x Sn (7)

(8)

2.3.4 Teorema de Bernoulli

Considerando um regime estacionário (as variáveis doprocesso, como por exemplo, pressão, temperatura, volume,etc. permanecem constantes ao longo do tempo), num fluidoNewtoniano e incompressível, a energia específica totalduma partícula é igual à energia mecânica total da partículapor unidade de peso e apresenta três componentes:

(Trinómio de Bernoulli) (9)

Dimensionalmente cada parcela corresponde a um compri-mento pelo que é assimilável a uma soma de "alturas":

O significado físico de cada parcela será o seguinte:

= cota da partícula em relação a um plano de referência(energia potencial de posição da partícula por unidadede peso)

= altura piezométrica: energia potencial de pressão porunidade de peso da partícula;

= altura cinética: energia cinética por unidade de pesoda partícula com velocidade v.

Assim, define-se Linha Piezométrica como o lugar geomé-

trico dos pontos em que a sua cota é a soma da cota topo-

gráfica e da altura ( ). Analogamente, a Linha de Carga

(ou Energia) será o lugar geométrico dos pontos cuja cota

será a soma da cota topográfica, a altura piezométrica e a

altura cinética ( ).

O teorema de Bernoulli refere que no caso de um fluidoincompressível em regime permanente, em que se possamdesprezar as forças de atrito e, consequentemente as perdasde energia, mantêm a carga total de uma partícula aolongo de uma trajectória.

O Teorema de Bernouli aplicado a fluidos pesados e incom-preensíveis, em regime permanente, toma a seguinteforma:

(10)

∑∑==

×=∆=∆n

iii

n

ii LJHH

11

g

vpzE

2

2

++=γ

[ ] [ ] [ ][ ] [ ]LF

LFE =×=

z

γp

g

v

2

2

g

vpz

2

2

++γ

γp

z +

( ) ( )zp U

gz

p U

gH Bs s1 1

11

12

1 2 22

222

22 2+ + − + + = ±β

γα β

γα ∆ ∆

∑∆+∆=∆ Lp HHH

∑∆ LH

38

2º) Calcular perdas de carga localizadas em troços curtos

(curvas, derivações, mudanças de secção) onde se conhe-

cem as condições nas secções de entrada e de saída.

Particularizando a aplicação do Teorema de Euler a movi-

mentos permanentes de fluidos pesados e incompressíveis

em tubos de corrente e as tensões tangenciais são despre-

záveis, a acção do líquido sobre a superfície de contorno

será uma força, dada pela seguinte expressão vectorial:

(12)

em que:

e - são os versores da direcção normal às secções de

entrada e saída (S1 e S2), com o sentido positivo

dirigido sempre para o exterior do volume em

estudo.

- peso do volume de fluido em estudo.

- Velocidades médias e pressões nas secções 1 e 2.

2.4 Escoamentos sob pressão emregime uniforme e permanente

2.4.1 Escoamentos laminares e escoamentosturbulentos

Existem dois regimes de escoamento de fluidos: laminar e

turbulento.

O regime laminar é caracterizado por trajectórias regulares

das partículas, não se cruzando trajectórias de partículas

vizinhas.

No escoamento turbulento, a velocidade num dado ponto

varia constantemente em grandeza e direcção, sem regu-

laridade. As trajectórias são extremamente irregulares.

A relação entre as forças de inércia e a força de viscosidade

sobre a partícula pode ser expressa pelo número de

Reynolds através da seguinte expressão:

(13)

O número de Reynolds define as condições de semelhança

quando a natureza das forças intervenientes se limitam às

indicadas (caso de escoamento de líquidos no interior de

condutas em pressão).

Para valores de Reynolds superiores a 2500 o escoamento é

geralmente turbulento e para valores inferiores a 2000 o

escoamento é normalmente laminar.

A quase totalidade das aplicações de sistemas de pressuri-

zação encontra-se em regime turbulento.


2.4.2 Perdas de carga contínuas

No regime uniforme, as trajectórias das partículas são para-lelas às geratrizes do contorno.

Se considerarmos condutas de comprimento L elevado (L>100 x D, em que D é o diâmetro da conduta) e caracterís-ticas geométricas (direcção, rugosidade, forma e dimensãoda secção transversal) constantes, poder-se-á considerarque :

i ) a distribuição de pressões numa secção transversal é dotipo hidrostático (β=1).

ii ) o coeficiente de Coriollis é constante ao longo da conduta(α=1) .

iii ) a perda de carga (∆H) entre duas secções é proporcionalà distância (L) entre elas, sendo constante o coeficientede perda de carga (ou perda de carga unitária) ao longoda conduta, J.

Sabendo que a perda de carga contínua (ou principal)depende ainda das características físicas do fluido, teremos:

J = ƒ(ρ, U, D, ν, το,Ke) (14)

em que:

J - perda de carga contínua por unidade de comprimento;

ρ - massa volúmica do fluido;

U - velocidade média na conduta;

D - diâmetro da conduta;

ν - coeficiente de viscosidade cinemático do fluido;

το - tensão junto à parede da conduta;

Ke - rugosidade equivalente da conduta, em termos da perdade carga provocada pelas várias rugosidades do materialda conduta.

Recorrendo à Análise Dimensional é possível estabeleceruma relação entre aquelas grandezas, chegando-se (esco-lhendo ρ,U,D para unidades fundamentais) à expressãogeral das perdas de carga contínuas (ou fórmula universal)em condutas circulares:

(15)

em que :

λ - coeficiente de resistência (adimensional);

g - aceleração da gravidade;

D - diâmetro da conduta;

U - velocidade média na conduta.

rR = - ( 111 SpUQ ×+××ρ ) 1n

r - (

1222 SpUQ ×+××ρ ) 2nr

+ γr

1nr

γr

21,21 ,, ppUU

2nr

νDV

Re

×=

g

U

DJ

2

2

×= λ

39


A grande maioria dos escoamentos de fluidos, nas apli-

cações práticas de engenharia encontram-se neste

domínio e o coeficiente de resistência pode ser estimado

pela seguinte equação:

(17)

Para aplicação dos estudos em laboratório (baseados numa

rugosidade teórica artificial - ε) às condutas comerciais,

define-se para essas condutas, uma rugosidade equivalente

(ke), que substituída na expressão de cálculo de λ, em

regime turbulento rugoso, conduz os mesmos valores que

foram obtidos experimentalmente com ε.

A determinação do coeficiente de resistência pode ser

obtido pela representação gráfica das experiências de

Nikuradse ou por via analítica.

a) Determinação de l, por via gráfica

O emprego da fórmula universal foi bastante simplificada

com o aparecimento de diagramas como o de "Moody", que

através da representação gráfica daquelas funções implí-

citas, permite a determinação expedita dos valores de λ,

com suficiente rigor.

2.4.2.1 Determinação do coeficiente de resistência

Os valores do coeficiente de resistência (λ) podem ser obtidos

através das equações de Prandtl e Von Karmann - teoria da

turbulência - e comprovados através das experiências de

Nikuradze.

Nikuradze ao variar o factor de resistência com o número

de Reynolds, concluiu que o primeiro depende do segundo

e de outros parâmetros (adimensionais) que caracterizam

as asperezas das paredes do tubo. Nikuradze considerou

uma rugosidade teórica (ε) correspondente à dos grãos

de areia (calibrada) colados às paredes de tubos lisos, que

dividida por D, corresponde a um parâmetro adimensional

- rugosidade relativa (ε/D).

A variação de λ com Re apresenta, para cada valor de (ε/D),

quatro intervalos (I, II, III, IV) com leis de variação distintos:

• O intervalo I corresponde ao Regime laminar (Re < 2000

a 2500) onde se verifica uma variação linear de λ e Re,

sem depender da rugosidade da conduta, sendo:

λ = 64 / Re → Fórmula de Poiseuille (16)

• Os intervalos II, III e IV correspondem aos regimes turbu-

lento liso, turbulento de transição e turbulento rugoso.

)7,3

/

Re

51,2log(2

1 Dελλ

+×

−=

Diagrama de Moody para estabelecer o factor de atrito λ. O valor de λ é obtido através da utilização do número de Reynold e do valor de rugosidade relativa k/D como parâmetros, onde D é odiâmetro interno da tubagem em mm e k é a rugosidade equivalente da superfície em mm.

FAC

TOR

DE

ATR

ITO

λ

ZONA DE TRANSIÇÃO

TUBAGEM LISA

CAUDALLAMI-NAR CAUDAL TURBULENTO

RUGOSIDADE RELATIVA DA SUPERFÍCIE K/d

NÚMERO DE REYNOLD

Fig. 2 - Diagrama de Moody para a determinação do coeficiente de resistência

40


2.6 Cálculo hidráulico

2.6.1 Regime uniforme e permanente

Em regime uniforme e permanente, o caudal é constante

logo, seleccionando o diâmetro pode-se de seguida calcular

a velocidade e perda de carga.

Em regime variado há uma variação de caudal ao longo do

percurso, por considerar por exemplo os consumos domés-

ticos, as perdas de carga são contabilizadas considerando

que o escoamento se faz em regime permanente variado.

Chama-se caudal unitário de percurso (q) ao parâmetro que

traduz a variação média do caudal ao longo da conduta:

(20)LqQjQmL

QjQmq ×+=⇔−=

É importante relembrar que a determinação do coeficientede resistência, λ, através de fórmulas práticas (expressõesempíricas, válidas apenas em certas circunstâncias - fluido,temperatura, secção transversal, material das paredes docontorno sólido, etc. ...), quer sob a forma analítica, quer soba forma de ábacos ou tabelas apenas são válidas dentro dascondições particulares em que foram definidas.

b) Determinação de l, por via analítica

Para cálculos mais exactos o cálculo do coeficiente deresistência, λ, deve ser realizado por via analítica porequações de reconhecida validade, como por exemplo pelaFórmula de Colebrook-White:

(18)

Em que:

λ - coeficiente de resistência (adimensional);Re - número de Reynolds (adimensional);ke - rugosidade equivalente (m):

D - diâmetro da conduta (m).

2.4.3 Perdas de carga localizadasAs perdas de carga localizadas ocorrem em singularidadesdas condutas, ou seja, em trechos pequenos da conduta emque se quebra a sua uniformidade.

Estas perdas de carga dependem de diversos factores rela-cionados fundamentalmente com as características doescoamento a montante e a jusante da singularidade.

A determinação analítica destas perdas de carga localizadas(∆HL) baseia-se na aplicação dos Teoremas da Quantidadede Movimento e de Bernoulli, que permitem chegar a umaexpressão geral para este tipo de perdas de carga, expri-mindo-as como percentagem da altura cinética (U2/2g):

(19)

em que KL é o coeficiente de perda de carga localizada,sendo determinado experimentalmente para cada tipo desingularidade.

A determinação dos coeficientes de perda de carga emdiferentes singularidades (estreitamentos e alargamentossuaves, mudanças de direcção, válvulas, etc. …) encontra-sebem documentada em inúmeras publicações de hidráulica,algumas das quais serviram de base ao presente texto e quese encontram referenciadas nas referências bibliográficas.

2.5 Redes hidráulicas

2.5.1 Classificação das redes hidráulicas

As redes de condutas consideram-se sistemas complexosporque são constituídas por tubagens ligadas em série e/ouparalelo, formando feixes ou malhas de condutas.

)7,3

/

Re

51,2log(2

1 DKe+×

−=λλ

g

UKH LL 2

2

×=∆

Estes sistemas aparecem normalmente nas redes deabastecimento de água municipais ou industriais e nasredes de combate a incêndios.

Chama-se nó ao ponto de intersecção de três ou maiscondutas e malha a todo o circuito fechado constituído portrês ou mais condutas ligadas em série.

Diz-se que uma conduta tem distribuição de percursoquando sofre uma variação de caudal ao longo do seupercurso (escoamento em regime permanente variado).

Quanto à sua constituição, podemos considerar osseguintes tipos de redes:

QUADRO 1 - TIPOS DE REDES

Nas redes ramificadas a direcção do escoamento é única eportanto conhecida. Logo, conhecendo-se os caudais e osdiâmetros é possível de imediato o cálculo das perdas decarga.

Nas redes emalhadas o conhecimento do valor e sentidodos caudais, em cada troço, são obtidos após o equilíbrioda malha através da Lei da Continuidade (em cada nó oscaudais afluentes devem igualar os caudais efluentes) e Leidas Malhas (numa malha a soma algébrica das perdas decarga em todas as condutas deve ser nula).

TIPO

EMALHADA

RAMIFICADA

MISTA

só com malhassem

com

uniforme

variado

uniforme

variado

uniforme

variado

sem

com

sem

com

só com condutasem série

com condutasem série e com

malhas

DESCRIÇÃODISTRIBUIÇÃODE PERCURSO

REGIME DOESCOAMENTOPERMANENTE

ke

41


(22)

Fig. 4 - Curva característica da instalação

As perdas de carga têm variação quadrática com o caudal,apresentando a curva característica da instalação a formaapresentada na figura 4.

Os custos de investimento são directamente proporcionaisao diâmetro instalado e os consumos de energia inversa-mente proporcionais ao mesmo valor.

Os passos fundamentais a seguir nos cálculos a efectuarsão:

- Selecção de um conjunto de diâmetros (comercial-mente disponíveis) a partir de velocidades médias(0,6 a 1,5 m/s) e de critérios de velocidade mínimae máxima.

- Cálculo dos custos de investimento em função dosdiâmetros seleccionados.

- Cálculo dos custos de energia do período de vida daobra. (actualizados ao ano 0)

- Adição dos custos anteriores para os diversosdiâmetros seleccionados e verificação de que oconjunto de diâmetros seleccionados contém odiâmetro (comercialmente disponível) mais econó-mico. Para tal acontecer os custos associados aosdiâmetros extremos seleccionados deverão sersuperiores a pelo menos um dos custos associados aum dos diâmetros intermédios.

- Selecção do diâmetro mais económico.

Especialmente nos diâmetros mais pequenos a alteração deum diâmetro para o da série comercial imediatamente infe-rior poderá representar alterações significativas em algunsparâmetros de controlo, uma vez que a perda de cargaaumenta de forma quadrática com a velocidade e estaaumenta igualmente de forma quadrática com o diâmetro.

2.8 Curva característica da instalaçãoA curva característica da instalação será a curva que traduz,para cada caudal, a altura de elevação necessária para estainstalação. Será em cada ponto a soma da altura geométricacom todas as perdas no sistema para esse caudal.

Fig. 3 - Variação dos custos de investimento e energia com odiâmetro de condutas.

∑ ∑ ×+×+=→=g

kLJfH UHHQ iiigeoman 2)(

22

Perdas de carga

×+∑ ∑ ii

ii LJ

g

VK

2

2

Altura

Perdas de carga

Altura geométrica

Caudal

Em que:

- caudal unitário de percurso;

- caudal no extremo de montante;

- caudal no extremo de jusante;

- comprimento da conduta.

Havendo uma variação da velocidade ao longo da trajec-

tória, há uma variação do coeficiente de perda de carga, que

se traduz numa variação parabólica da linha de energia. Tal

facto dificulta o cálculo das perdas de carga em cada trecho

da conduta.

Bresse ultrapassou esta dificuldade considerando um caudal

equivalente ( ):

(21)

Trata-se de um caudal fictício que, em movimento uniformee para um dado diâmetro, conduz ao mesmo valor da perdade carga que a verificada em regime permanente variado,considerando os caudais que realmente circulam na rede.Com esta simplificação o cálculo hidráulico de regime perma-nente variado é transformado, para efeito do cálculo dasperdas de carga, em regime uniforme e permanente.

2.7 Dimensionamento económico decondutas

Apresentam-se neste ponto os passos fundamentais para odesenvolvimento dos cálculos que permitem seleccionar osdiâmetros económicos das condutas.

O processo de dimensionamento consiste em determinar odiâmetro que minimize a soma dos custos de investimentocom os de energia (não se consideram outros custos deexploração), conforme se representa na Fig. 3.

q

Qm

Qj

L

Qe

LqQjQe ××+= 55.0

42

Fig. 5 - Forma típica do corpo uma bomba centrífuga

Uma bomba centrífuga com um só rotor é uma bomba deum único estágio (ou andar). Quando se deseja ter uma combi-nação de pressão total e capacidade que não se enquadranuma bomba de um só estágio, usa-se uma bomba multi-estágio.


2.9 Bombas centrífugas

2.9.1 Definição

Uma bomba é denominada centrífuga quando a direcçãode escoamento do fluido é perpendicular à do eixo derotação da hélice e podem ser classificadas da seguinteforma:

Quanto ao n.º de impulsores:

a) De um só andar: quando têm um só impulsor;

b) De andares múltiplos: quando existem vários impulsores.

Quanto ao sentido de rotação:

a) De sentido directo: se o eixo da bomba roda no sentidoanti-horário;

b) De sentido retrógrado: se o eixo da bomba roda no senti-do horário.

Quanto à posição do eixo:

a) Eixo horizontal;

b) Eixo vertical;

c) Eixo inclinado.

2.9.2 Constituição

Na sua forma mais simples, a bomba é constituída por umrotor que gira no interior de uma carcaça. O fluido entra nabomba nas vizinhanças do eixo do rotor propulsor e élançado para a periferia pela acção centrífuga. A energiacinética do fluido aumenta do centro do rotor para a pontadas palhetas propulsoras. Esta energia cinética é convertidaem pressão quando o fluido sai do impulsor e entra na volutaou difusor. Veios condutores fixos no corpo da bomba podemajudar a dirigir o fluido, melhorando a eficiência da bomba;

Nesta situação, a descarga de uma bomba dum estágioé injectada na admissão de uma bomba de um segundoestágio, onde se preserva a pressão do primeiro. O fluidodepois de entrar no segundo estágio terá um aumento deenergia sob forma de aumento de pressão e assim sucessi-vamente. As bombas multiestágio podem ser consideradascomo bombas com vários estágios simples, montadas sobreo mesmo eixo e com descargas em série.

Fig. 6 - Corte numa bomba multicelular

Muito resumidamente, as principais peças constituintes deuma bomba centrífuga, são as seguintes:

• Corpo da bomba;

• Motor eléctrico;

• Propulsor ou rotor;

• Veios condutores;

• Sistema de refrigeração;

• Sistema de lubrificação.

Normalmente o propulsor é considerado o coração da bomba,sendo constituída por um disco que roda a alta velocidade,o que permite transmitir a energia ao líquido para esteadquirir o aumento de pressão desejado.

2.9.3 Curva característica da bomba

A equação básica da bomba é utilizada para calcular edesenhar formas geométricas e dimensões, assim comopara deduzir a curva Q/H da bomba centrífuga.

A Figura 3 ilustra uma alheta de um impulsor e os respec-tivos vectores de velocidade.

43


Na figura 7, são representados os vectores velocidade nosbordos de ataque e fuga, onde:

v = velocidade absoluta do líquido;w = velocidade relativa à alheta;u = velocidade periférica da alheta;vu = componente tangencial da velocidade absoluta;vm = componente radial da velocidade absoluta.

A velocidade relativa é paralela à alheta em qualquerponto.

Para além disso, vu1 = v1 cos α1 e vu2 = v2 cos α2

Partindo do princípio que o caudal não tem perdas e que onúmero de alhetas é infinito (∞), é possível derivar a fami-liar teoria da equação básica da bomba utilizando as leis damecânica. Esta relação é conhecida como equação de Eulere é expressa do seguinte modo:

(23)

onde o índice t referencia um caudal sem perdas e refe-rencia o princípio do número infinito de alhetas que garanteo direccionamento completo do líquido.

Fig. 7 - Representação dos vectores velocidade na alheta do impulsor

( )1122

1uut vuvu

gH −=∞

Alheta de impulsor de bomba com os vértices de velocidade nos bordos de ataque e fuga. Velocidade absoluta do líquido v, velocidade relativa w, velocidade periférica da alheta u, componentetangencial da velocidade absoluta do líquido vu e componente radial vm.

Numa bomba real, não é possível satisfazer nenhum destesprincípios, visto que existem sempre perdas por atrito e onúmero finito de alhetas não direccionará o caudal comple-tamente na direcção da alheta.

A redução de pressão causada por perdas no escoamento étomada em consideração pelo rendimento hidráulico e aredução devido ao desvio do caudal de uma ângulo ideal β2

é contabilizado por um coeficiente de alheta k. Com estasmodificações, a equação de Euler para uma bomba real temo seguinte aspecto:

(24)

É possível mostrar que ηh e k são menores que a unidade.

As bombas centrífugas são normalmente concebidas comα1 = 90°, logoνu1 = 0.

Assim sendo, a equação básica da bomba é simplificada para:

(25)

A altura manométrica ideal obtida pela equação de Euler éindependente do caudal Q. Se a curva Q/Ht∞ for traçada,Ht∞. é indicado por uma linha recta. A curva real Q/H éderivada desta curva através da subtracção dos efeitos do

( )1122 uuh

t vuvkug

H −= η

g

vukH u

ht22η=

∞.

44


Fig. 9 - Velocidades e perdas no bordo de ataque da alheta comvárias velocidades.

As perdas mínimas ocorrem com o caudal nominal dabomba, quando o ângulo de ataque do líquido é igual aoângulo β1 do bordo de ataque da alheta.

• No bordo de fuga da alheta, ocorrem perdas devido aosredemoinhos causados por esta. O seu aumento é propor-cional ao quadrado do caudal.

• Na voluta da bomba, com velocidades de caudal dife-rentes do valor nominal, quando o caudal na voluta édiferente do caudal no perímetro do impulsor. Este efeitoé ilustrado na Figura 9. As diferenças de velocidadecausam turbulência que originam perdas, cujo aumento éproporcional ao aumento de diferença entre o caudal reale o caudal nominal.

Perdas por fuga Hv

As perdas por fuga ocorrem na folga entre o impulsor e avoluta da bomba. Por muito pequena que seja a folga, umpequeno retorno de caudal passa da área de elevadapressão junto da borda do impulsor para a área de baixapressão do aro de junta do impulsor. Por este motivo, o caudalatravés do impulsor é ligeiramente maior do que o caudalde saída da voluta da bomba, pelo que a cabeça da bombaencontra um caudal reduzido; a diferença é a perda porfuga Hv. O efeito da perda por fuga está ilustrado na Figura 8.Esta perda aumenta à medida que a bomba vai sendo desgastada.

Outras Perdas

Existem outras perdas numa bomba centrífuga que nãoafectam a curva Q/H mas que aumentam o consumo deenergia da transmissão do motor. Estas perdas incluem:

• perdas por atrito nas superfícies exteriores do impulsor;

• perdas por atrito no empanque da transmissão;

• perdas por atrito na chumaceira.

número finito de alhetas e de várias outras perdas queocorrem no interior da bomba, conforme se pode ver naFigura seguinte.

Fig. 8 - Redução (H) da curva verdadeira da bomba Q/H relativa à

altura teórica da bomba Ht∞.

O Efeito do Número Finito de Alhetas

Conforme indicado anteriormente, a existência de um númerofinito de alhetas diminui a altura manométrica pelo factorde alheta k. Se tomarmos este factor em consideração, pode-remos obter a altura teórica Ht. Poderemos escrever que:

(26)

Ht não é perfeitamente linear, porque o coeficiente dealheta é ligeiramente dependente do caudal Q. A reduçãode altura de Ht∞. para Ht não é causada por perdas de caudalmas sim pelo desvio do líquido dos ângulos ideais devido aonúmero finito de alhetas.

Perdas por Atrito Hf

As perdas por atrito ocorrem à medida que o líquido fluipelas passagens do impulsor e da voluta da bomba. O seuaumento é proporcional ao quadrado do caudal Q.

Perdas por Descontinuidade Hs

As perdas por descontinuidade são geradas nas seguintesáreas:

• No bordo de ataque da alheta, onde o líquido atinge aponta da alheta. A perda é mais pequena no ponto deconcepção da bomba, onde o líquido entra em contactocom a alheta no ângulo β1. As perdas aumentam com oaumento do desvio do ângulo de contacto do ângulo daalheta β 1; conforme se pode constatar na figura seguinte.

∞= tt kHH

Redução do caudal Q causadapor perdas por fuga Hv

Efeito do número finito de alhetas Ht

Perdas por atrito HrPerdas por desconti-nuidade Hs

Velocidades (w) e perdas relativas do bordo de ataque da alheta com váriasvelocidades de caudal. As perdas mínimas ocorrem com o caudal nominal dabomba, quando o ângulo de ataque do líquido é igual ao ângulo β1 do bordode ataque da alheta.

Perdas

45


2.10 Cavitação e NPSH

A cavitação é o fenómeno hidráulico associado à formaçãoe colapso de bolhas de vapor num líquido. As bolhas devapor são formadas quando a pressão estática local de umlíquido em movimento diminui até atingir um valor igualou inferior ao da pressão do vapor desse líquido para umadada temperatura. Quando a bolha se desloca com o fluidopara uma área de pressão superior, o seu colapso ocorrerárapidamente. A implosão causa uma onda de choque localtransitória e extremamente alta no líquido. Se a implosãoocorrer perto de uma superfície e ocorrer repetidamente, apressão do choque irá eventualmente originar a erosão domaterial dessa superfície.

Habitualmente, o fenómeno da cavitação nas bombas centrí-fugas ocorre numa localização perto do bordo de ataque daalheta do impulsor; conforme representado na figura seguinte.

Fig. 10 - Influência do ângulo no bordo de ataque da alheta

Se o líquido for bombeado de modo a atingir o bordo deataque da alheta a um ângulo diferente do da alheta,formam-se redemoinhos e zonas de baixa pressão do outrolado da alheta. Se a pressão cair abaixo da pressão do vapor,formam-se bolhas de vapor. Se estas se moverem no fluidopara uma zona de pressão superior, irão eventualmenteimplodir. O impacto de alta pressão resultante poderá originarpicagem e a erosão da estrutura adjacente.

Uma bomba com cavitação emite um ruído de crepitaçãocaracterístico, tal como se estivesse a bombear areia. Nãoexiste nenhum material que suporte totalmente a cavi-

tação, pelo que deverão ser tomados os devidos cuidados seas condições de funcionamento da bomba apresentarem orisco de ocorrência de cavitação.

Normalmente, as marcas de desgaste causadas pela cavitaçãoocorrem localmente e consistem em picagens profundascom bordos afiados. As picagens podem ter vários milímetrosde profundidade;

Fig. 11 - Impulsor demonstrando estragos motivados por cavitação

A formação e desaparecimento das bolhas de vapor édesignada por fenómeno de CAVITAÇÃO, tendo como conse-quência mais gravosa a deterioração mecânica precoce dabomba.

A cavitação numa bomba apresenta duas desvantagens:

• A criação e colapso das bolhas de vapor podem danificara bomba;

• A bomba torna-se muito menos eficiente porque passaa bombear uma mistura de líquido e vapor, com umadensidade muito mais baixa.

Logo, na instalação de qualquer bomba, é necessário que nodimensionamento desta seja acautelado a ocorrência decavitação, particularmente, com líquidos quentes e voláteis.

Definição de NPSH

NPSH é o acrónimo do termo inglês Net Positive SuctionHead e representa a diferença entre a pressão estáticaabsoluta e a tensão de vapor do líquido (normalmenteexpressa em metros). O cálculo do NPSH é baseado nosseguintes parâmetros:

ht = altura geométrica de entrada;

hA = diferença de altura entre o plano de referência e aponta do bordo de ataque da alheta;

Bolhas de vapor

Implosão debolhas de vapor

46


ataque da alheta. Nas bombas horizontais, o plano de refe-rência coincide com a linha central da transmissão. Nasbombas verticais, a localização do plano de referência éindicada pelo fabricante.

NPSH Requerido

O NPSH requerido é obtido a partir da seguinte equação:

Este valor também é conhecido como valor de NPSH dabomba. Este valor pode ser apresentado como uma funçãodo caudal, conforme demonstrado na Figura 14.

Fig. 14 - Variação típica do NPSH requerido com o caudal.

O NPSH da bomba é independente da temperatura e dotipo do líquido que está a ser bombeado. O fabricante dabomba é obrigado a indicar o NPSH como um valor numéricoou uma curva.

Na realidade, qualquer bomba terá valores de NPSH dife-rentes dependendo da definição da ocorrência, como podeser visto na Figura 15.

Fig. 15 - Curvas de NPSH

Hrt = perdas de caudal na tubagem de entrada;

Vo2/2g= quebra de pressão causada pela velocidade deentrada;

∆h = quebra de pressão local no bordo de ataque da alheta;

Pb = pressão ambiente ao nível do líquido;

Pmin= pressão estática mínima na bomba;

Pv = pressão do vapor do líquido à temperatura dominante.

As alturas de pressão são apresentadas na Fig. 12.

Fig. 12 - Dimensões e pressões de referência para o cálculo do NPSH

Para evitar a cavitação, a pressão estática mínima na bomba(Pmin) tem de ser maior do que a pressão do vapor do líquido,ou Pmin > pv

A Figura 13 ilustra o princípio da distribuição da pressãoestática do líquido na tubagem de entrada, na bomba e natubagem de pressão de uma instalação de uma bomba em seco.

Fig. 13 - Dimensões e pressões de referência na aspiração da bomba

Plano de Referência

O plano de referência é o plano no qual os cálculos do NPSHsão efectuados. Trata-se do plano horizontal que atravessao ponto central do círculo descrito pela ponta do bordo de

hgohNPSH

vArequerido ∆++=

2

2

NPSHrequerido

BOMBA HORIZONTAL BOMBA VERTICAL

Plano de Referência

Pressão Mínima

Variação de pressão numa instalação de bomba em seco. Distribuição da pressãoestática do líquido na tubagem de entrada, na bomba e na tubagem de pressão.

Pressão estática do líquido

Pressão mais baixa na bombaPressão do vapor

Pressão 0 absoluta

NPSH requerido

NPSH NPSHF (Sem cavitação)

NPSH início do ruído

NPSH início da perda material

NPSH0 (0% de perda dealtura manométrica)

NPSH3 (3% de perda dealtura manométrica)

47


De acordo com os padrões de teste utilizados pelos fabri-cantes de bombas, o NPSHr é definido como a situaçãoonde a altura manométrica da bomba sofre umadiminuição de 3% devido à cavitação. Este valor é definidocomo NPSH3.

A cavitação ligeira pode ser inofensiva para a bomba se asbolhas de vapor não implodirem perto das suas partesestruturais, tais como a alheta do impulsor. A diferençaentre os vários valores de NPSH é maior nas bombasequipadas com impulsores com menos alhetas. Assimsendo, os impulsores monocanal registam as maiores dife-renças nos valores de NPSH devido à quebra da curva doNPSH3 e os seus testes apresentam resultados demasiadofavoráveis.

Por este motivo, uma curva de NPSHr baseada na regra de3% do padrão é uma base insuficiente para a avaliação dorisco de cavitação em bombas com poucas alhetas. Emprincípio, a curva de NPSHr publicada pelo fabricante devegarantir que a bomba não será danificada se for utilizadaacima dessa curva. Isto aplica-se especialmente às bombasde águas residuais, que têm um número reduzido dealhetas do impulsor. O problema é que não existe nenhummodo exacto de testar e estabelecer este valor de NPSH.

NPSH Disponível

O NPSH disponível indica a pressão disponível para a aspi-ração da bomba sob as condições dominantes. Este valorpode ser denominado o NPSH da instalação sobrepressora.O termo ht é positivo quando o plano de referência seencontra acima da superfície do líquido e negativo quandoeste se encontra abaixo da superfície. O NPSH disponível édeterminado pelo projectista da instalação.

(27)

Margem de Segurança do NPSH

NPSHdisponível >NPSHrequerido + Margem de segurança

A margem de segurança do NPSH deve ser suficientementegrande para suportar variações numa situação onde ascondições reais podem ser diferentes das calculadas teori-camente. As perdas de carga na tubagem de aspiraçãopodem ser incorrectamente calculadas e o ponto de funcio-namento real da bomba pode diferir do teórico devido avariações na curva Q/H e a cálculos incorrectos da resistênciada tubagem de aspiração. A cavitação prejudicial poderáocorrer mais cedo do que o esperado, ou com valores deNPSH maiores do que NPSH3 (Figura 15). As variações técnicasde fabrico do formato do bordo de ataque da alheta podemafectar o comportamento da cavitação. O NPSH requeridotambém poderá ser afectado pela forma da tubagem deentrada.

Para bombas instaladas horizontalmente com tubagens desucção rectilíneas, uma margem de segurança de 1 a 1,5 mé suficiente.

Para bombas instaladas verticalmente, a margem de segu-rança deve ser definida entre 2 e 2,5 m, desde que sejautilizada uma curva cónica antes da entrada da bomba. Oraio de curvatura da linha central da curva não deve serinferior a D1 + 100 mm, onde D1 é o diâmetro da aberturade maiores dimensões.

O NPSH, as suas margens de segurança e métodos demedição, encontram-se detalhadamente descritos napublicação do EUROPUMP "NPSH FOR ROTODYNAMICPUMPS, REFERENCE GUIDE"(1997), cuja metodologia foiseguida no presente trabalho.

g

pvhH

g

PNPSH trt

bdisponivel ρρ

−−−=

.

Caudal

Carga Hidrostática

Potência

Carga efectiva positiva de sucção

1

2

1

2

N

N

Q

Q =

2

1

2

1

2

=

N

N

H

H

3

1

2

1

2

=

N

N

P

P

2

1

2

1

2

=

N

N

H

H

2.11 Leis de semelhançaO traçado das curvas características depende do raio do rotor(impulsor) e da velocidade de rotação deste. A alteraçãodestes dois parâmetros provoca alterações nas curvas carac-terísticas. Na prática, existem muitas bombas centrífugascom velocidade de rotação variável, isto é, possuem ummecanismo do tipo variador de frequências, que permitealterar a velocidade de rotação do seu impulsor. Este proce-dimento é muito frequente, pois é necessário, em muitassituações, encontrar o caudal desejado ou os parâmetros dedimensionamento adequados.

Através das leis de semelhança entre bombas centrífugas, épossível determinar curvas características de bombas apartir de uma conhecida. Por exemplo, conhecendo a curvacaracterística de uma bomba a uma determinada veloci-dade de rotação do rotor, é possível determinar essa mesmacurva a uma velocidade de rotação diferente.

Estas leis são relações entre: caudal (Q), carga a desenvolverpela bomba (H), potência (P) e carga efectiva positiva desucção (H) com a velocidade do rotor (N) ou com o diâmetrodo rotor (D).

Efeito da variação da velocidade do rotor com o diâmetroconstante:

48


Efeito da variação do diâmetro do rotor com velocidade derotação do rotor constante:

2.12 Ponto de funcionamento de umabomba centrífuga

O ponto de funcionamento de uma bomba corresponde àintercepção da curva característica da bomba (H/Q), com acurva característica da instalação. Com esse ponto, temos ocaudal que pode ser bombeado naquela instalação, a potênciaabsorvida, o rendimento e o N.P.S.H.req. (≤ N.P.S.H.dis.).

Fig. 16 - Ponto de funcionamento de uma bomba

Caudal

Carga Hidrostática

Potência

Carga efectiva positiva de sucção

1

2

1

2

D

D

Q

Q =

2

1

2

1

2

=

D

D

H

H

3

1

2

1

2

=

D

D

P

P

2

1

2

1

2

=

D

D

H

H

49



EUROPUMP (1997)

NPSH FOR ROTODYNAMIC PUMPS, REFERENCE GUIDE

QUINTELA, ANTÓNIO C. (1981)

HIDRÁULICA - FUNDAÇÃO CALOUSTE GULBENKIAN

NOVAIS-BARBOSA, J. (1986)

MECÂNICA DOS FLUIDOS E HIDRÁULICA GERAL

- PORTO EDITORA

MACINTYRE, ARCHIBALD J. (1988)

BOMBAS E INSTALAÇÕES DE BOMBEAMENTO

GRUNDFOS (1996)

MANUAL DE ENGENHARIA - ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE

ÁGUAS RESIDUAIS

51

Sistemas de Pressurização com Velocidade Fixa e Velocidade Variável

3. SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO COM VELOCIDADEFIXA E VELOCIDADE VARIÁVEL

Autor: Eduardo NunesDirector de Projectos da Profluidos

Professor Adjunto Equiparado do Dept. de Eng.ª Mecânica

(DEM) do ISEL

53


A Profluidos

A Profluidos - Gabinete de Projectos de Instalações Especiais, Lda. foi fundada em 1986 e intervenciona nas áreas de Elaboração

de Estudos e Projectos de Engenharia, Consultadoria e Assistência Técnica, sendo especializada nas áreas das Instalações

Especiais e do Saneamento Básico.

É uma empresa multidisciplinar, especializada nas suas áreas de actuação, caracterizada pela qualidade, eficiência, rapidez de

resposta e segurança de actuação, tendo como objectivo último, a satisfação dos seus clientes.

Formada por um Quadro Técnico Qualificado de especialistas que possuem uma longa experiência nos diferentes domínios de

intervenção, dispõe ainda de uma vasta equipa de consultores externos com formação técnica e pedagógica devidamente

actualizada.

Com ampla experiência nacional e internacional, a Profluidos, garante a qualidade técnica dos projectos, sempre devidamente

adaptados às necessidades e assegura a indispensável assistência técnica, tendo em atenção parâmetros que considera de

capital importância, na procura de um produto final de qualidade.

O ISEL

O Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) é a mais antiga escola de engenharia em Portugal. Teve a sua génese

em 30 de Dezembro de 1852, por Decreto Régio de D. Maria II, que criou o Instituto Industrial de Lisboa.

Este Instituto passou a ter estatuto de ensino superior com a denominação 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

Politécnico, integrado no Instituto Politécnico de Lisboa.

O ISEL conta actualmente com cerca de 6000 alunos, 500 docentes e 130 funcionários não docentes.

55


Na actualidade, tem vindo a divulgar-se a utilização desistemas por bombeamento directo. Tratam-se de sistemassem o recurso a reservatórios hidropneumáticos.

Nos sistemas por bombeamento directo podem considerar--se duas soluções alternativas.

A primeira solução, cada vez mais corrente no mercado,consiste em utilizar bombas de velocidade variável, queautomaticamente, sob a acção de transdutores e circuitoselectrónicos, adequam a velocidade de rotação às exigên-cias de caudal que é solicitado em cada instante pela rede.

Fig. 2 - Bomba de velocidade variável

A segunda solução consiste na utilização de duas ou maisbombas de velocidade fixa instaladas em paralelo, comarranque e paragem automáticas, em função do caudal oupressão, ao mesmo tempo que é operada também de umaforma automática uma válvula de controlo de pressão, emsérie ou em paralelo com as bombas.

Fig. 3 - Válvula de controle de pressão em paralelo com as bombas

Fig. 4 - Válvula de controlo de pressão em série com as bombas

3.3 Centrais hidropneumáticas

3.3.1 Constituição e princípio de funcionamentoOs principais órgãos de uma central hidropneumática são:

- Um ou mais reservatórios fechados, com ou sem membrana;- Um conjunto de bombeamento para os reservatórios;- Um dispositivo para compensar o ar dissolvido na água

(no caso de reservatórios sem membrana);- Pressóstatos ou sensores de pressão;

3.1 IntroduçãoO presente capítulo deste manual tem por objectivo descrevere caracterizar os tipos de sistemas de elevação existentes,apresentar a metodologia de dimensionamento dos seuscomponentes, os requisitos principais relativos à sua insta-lação e custos de exploração associados.

As aplicações cobertas por este tema são muito vastas edestinam-se principalmente aos sistemas prediais, rega,abastecimento público e indústria. Face à vastidão dos seuscampos de aplicação optámos por exemplificar os sistemasde pressurização com velocidade fixa e velocidade variávelaplicados aos sistemas prediais abastecidos pela redepública, embora os mesmos princípios sejam extensivos atodas as demais aplicações.

Quando a pressão que está disponível na rede pública dedistribuição de água potável é insuficiente para garantir ofuncionamento dos aparelhos de consumo, em parte ou natotalidade dos pisos de um edifício, torna-se necessáriorecorrer a dispositivos de elevação de pressão apropriados.

O seu correcto dimensionamento, instalação e manutençãoreveste-se da maior importância, quer sob o ponto de vistafuncional, para garantir de modo satisfatório as exigênciasde caudal e pressão dos diversos aparelhos de consumoprediais, quer sob o ponto de vista económico, nomeada-mente os custos de instalação e exploração e finalmente damanutenção com influência na duração dos equipamentos,tubagens e dos aparelhos de consumo.

3.2 Tipos de sistema de elevação de pressãoUma situação corrente tem sido a utilização de sistemashidropneumáticos. Nestes sistemas existe obrigatoria-mente um ou mais reservatórios metálicos onde a água émantida sob pressão.

Fig. 1 - Instalação típica de centrais hidropneumáticas em edifícios degrande altura

HOTEL

56


- Eléctrodos ou interruptores de nível;

- Manómetros, medidores de caudal e todos os sensores eequipamento necessário ao comando, protecção e controledas bombas e compressores;

O seu princípio de funcionamento é o seguinte: sempre que o nível da água atinge o ponto mais baixo no interiordo reservatório hidrofórico, um interruptor de flutuador,pressóstato, ou ainda, um sensor, dá partida à bomba,enchendo-se o reservatório. À medida que o nível da águase eleva no reservatório, aumenta a pressão no seu interiore a almofada de ar comprime-se armazenando energiapotencial (elástica). Quando a água atinge o nível máximoa bomba é desligada; se for entretanto atingido um nívelsuperior préfixado será accionado o compressor de ar.

Instalações de grande e médio porte exigem a aplicação deum ou mais reservatórios de membrana ou uma centralde ar comprimido. Em instalações de pequeno porte poderáser utilizado com reservatórios ou carregador de ar oureservatórios com membrana a separar a fase líquida dafase gasosa.

3.3.2 Grupos electrobomba

3.3.2.1 Selecção das bombas

A zona útil da curva característica de uma bomba é definidapor critérios técnico económicos.

Uma bomba não pode funcionar sem inconvenientes, comcaudais muito superiores ou muito inferiores ao caudalcorrespondente ao ponto de maior rendimento; ela deveráfuncionar assim numa zona de bom rendimento. Esta zonaé em geral definida pelo fabricante.

Fig. 5 - Zona útil da curva característica de uma bomba Grundfos

As curvas características das bombas podem ter diferentesconfigurações:

Algumas caracterizam-se por apresentar um traçado detangente praticamente horizontal, o que quer dizer que auma grande variação de caudal corresponde uma pequenavariação da altura de elevação da bomba e correspondente-mente da pressão (curva típica das bombas monocelulares);

Noutras, pelo contrário, a curvatura é acentuada (tangente>> 0) pelo que uma pequena variação de caudal é acompa-nhada por uma grande variação da altura de elevação e porconsequência da pressão (curva típica de bombas multi-celulares).

Para melhor precisar estas noções, considera-se a zona devariação de caudal correspondente à parte útil da curvacaracterística das bombas (fig. 6), ela é limitada pelos caudaismínimo qm e máximo QM.

Distinguem-se os casos:

Característica pouco inclinada quando qm < 1/2 QM;

Característica inclinada em que qm ≥ 1/2 QM.

Fig. 6 - Definição das curvas características das bombas

No primeiro caso, quando duas bombas funcionam emparalelo, a zona útil de variação de caudal das duas bombasrecobre parcialmente a zona útil de uma única bomba(fig. 6). No segundo caso as duas zonas não se recobrem.

O caudal de dimensionamento das bombas deve ser 15 % a25 % superior ao caudal máximo do consumo previsto parao edifício. A pressão correspondente a essa descarga é aaltura manométrica da instalação.

Fig. 7 - Selecção das bombas

57


Fig. 8

Verifica-se o mesmo procedimento quando as necessidadesde água diminuem:

- Evolução progressiva de C6, para C5 e por fim C4, correspon-dente à pressão máxima de funcionamento com trêsgrupos electrobomba.

- Paragem da terceira bomba 3P e passagem para umfuncionamento com duas bombas, correspondente àcurva 2P, o ponto de operação do sistema passa de C4

para B4.

- Paragem da segunda bomba, e operação com a curva 1Pem que o ponto de funcionamento passa de B2 para A2.

- Evolução de A2, até A1, etc.

Os órgãos que asseguram o arranque e a paragem dasbombas são os pressóstatos. São dispositivos providos decontactos eléctricos biestáveis, que são accionados mecani-camente pela pressão da água, que permitem, através docircuito de comando a abertura e fecho dos contactores depotência.

Destacam-se alguns inconvenientes relacionados com estetipo de funcionamento:

- Quando o caudal solicitado pela rede for inferior a Qa0,o funcionamento é instável com arranques e paragensfrequentes da bomba.

- Em cada arranque e paragem de uma das bombas, ocorreuma variação brusca do ponto de funcionamento e conse-quentemente, do respectivo caudal e da pressão.

- Determinadas gamas de caudais não são abrangidas, taiscomo as zonas entre Qa3 e Qb2 e também entre Qb5 e Qc4, seo caudal requerido cair e permanecer no interior destaszonas, o funcionamento também será irregular com para-gens e arranques frequentes, sendo o caudal debitadopelas bombas desajustado às necessidades.

Para se evitarem os inconvenientes descritos, deve instalar--se um depósito hidropneumático ligado ao colector dedescarga comum das bombas (fig. 9).

A experiência mostra que quanto maior é a diferença depressão entre o arranque e a paragem das bombas maisreduzido resulta o volume do reservatório. Assim, aselecção dos grupos electrobomba deve ser a favor dos quese caracterizam por curvas características com inclinaçãoacentuada, ou seja, bombas multicelulares.

O caudal médio de uma bomba determina-se pelaexpressão:

em que: Qa - caudal de arranque;

Qp - caudal de paragem

Também se pode empregar a fórmula simplificada:

3.3.2.2 Comando das bombas

Nas centrais de pressurização com bombas de velocidadefixa, o arranque e a paragem das bombas são efectuadosautomaticamente, através de uma das duas opções:

- Através do diferencial de pressão, designada regulaçãomanométrica.

- Através do diferencial de caudal, designada regulaçãodebitométrica.

3.3.2.2.1 Regulação manométrica

A regulação manométrica é a mais utilizada, e realiza-secomo se segue:

Se o consumo da rede aumenta quando se encontra afuncionar apenas uma das bombas do sistema, a sua curvade funcionamento evoluirá de R1 para R6, passando portodas as fases intermédias, o ponto de funcionamentodesloca-se progressivamente de A1 para A2 e A3. Nestaevolução, o caudal debitado pela bomba aumentará parasatisfazer o consumo, mas a pressão de descarga da bombadiminuirá, conforme está representado na figura 8. Em A3 éatingida a pressão mínima, o que faz arrancar a segundabomba do sistema e a curva funcional passa a ser a curva2P (duas bombas em funcionamento). Com o arranque dasegunda bomba, ocorre um salto brusco de A3 para B3. Seo consumo de água continua a aumentar, evolui-se progres-sivamente de B3 para B4 e seguidamente, para B5. Nesta situa-ção, é posta em marcha a terceira bomba, com passagemdo ponto de operação de B5 para C5 seguida de umaevolução progressiva de C5 para C6 e assim por diante.

( )pa

ppaam QQ

QQQQQ

++−+

×=22

3

2

2pa

m

QQQ

+=

58


Fig. 9

O ar sob pressão, aprisionado na parte superior do depósito,é comprimido e expandido em função da pressão de funcio-namento das bombas, ao contrário da água que é pratica-mente incompressível. A maior parte dos depósitos são,actualmente, equipados com membranas que impedem ocontacto do ar com a água, impedindo a dissolução do arna água, reduzindo os problemas de corrosão e evita aintrodução de dispositivos de compensação de ar. Como sepode observar na fig. 10, a presença do depósito hidropneu-mático altera ligeiramente os pontos de funcionamentodo sistema.

Fig. 10

Modo de funcionamento:

Arranque da 2ª bomba:

No arranque, o ponto de funcionamento evolui rapida-mente de A para B' e, depois progressivamente, de B' para B,entretanto, o excesso de caudal debitado pelas bombasalimenta o depósito enquanto não se atingir a pressão doponto de funcionamento. Ou seja a passagem de A para B'implica um aumento brusco do caudal de funcionamentodas bombas, enquanto que o caudal fornecido à instalação(consumo) permanece praticamente inalterado, esta dife-rença vai alimentar o depósito. A ligeira variação entre A eB' deve-se às perdas de carga no ramal de ligação do depósito.

Paragem da 2ª bomba:

Na paragem, o funcionamento do sistema altera-se brusca-mente do ponto C para D' e a partir de D' progressivamentepara D, à medida que o depósito se esvazia para atingir a

pressão do ponto de funcionamento D. A diferença depressão entre C e D' deve-se também às perdas da carga daligação ao depósito.

A característica da curva de funcionamento do sistemavaria continuamente em função do caudal solicitado pelosconsumidores. O somatório dos caudais individuais corres-ponde ao caudal global de valor aleatório, que estarácompreendido entre 0 e Qmax. O dimensionamento de umainstalação tem como objectivo a satisfação do caudal deponta, consumido pelo edifício e da respectiva pressão deoperação.

No exemplo ilustrado na figura 11, verifica-se que há umasobreposição das gamas de caudal entre n bombas e n+1bombas em funcionamento porque Qb1 é inferior a Qb2. Umcaudal compreendido entre Qa1 e Qa2 pode ser fornecidocom n+1 bombas em funcionamento contínuo. Um caudalcompreendido entre Qb1 e Qb2 poderá ser fornecido com n+1bombas em funcionamento contínuo. O caudal Q' poderáser garantido com n bombas (ponto A') ou n+1 bombas (B')em funcionamento contínuo.

Fig. 11 - Gama de caudais garantidos por n bombas - Sobreposiçãocom a zona de caudais debitados por n+1 bombas

No exemplo ilustrado pela figura 12, não temos qualquersobreposição das zonas de funcionamento, porque o caudalQa2 é inferior a Qb1. Um caudal compreendido entre Qa1 e Qb1

não poderá ser obtido com um funcionamento contínuo.Verifica-se então um funcionamento intermitente entre nbombas e n+1 bombas. É nesta situação de não sobre-posição dos campos de caudais que o depósito se tornaindispensável.

Fig. 12 - Gama de caudal coberta por n bombasGama de caudal coberta por n+1 bombas

59


Podemos considerar que o caudal médio corresponde ametade da gama de caudais abrangida. Sendo assim, operíodo de um ciclo é tanto mais curto quanto:

- a reserva de água for reduzida (um volume total dodepósito reduzido ou um pequeno diferencial entre aspressões Pmin e Pmáx);

- o caudal absorvido ou fornecido pelo depósito for elevado(gama vasta de caudais não abrangidos pelo funciona-mento das bombas).

Para se garantir uma pressão de utilização praticamenteconstante, é indispensável manter-se um diferencial mínimoentre as pressões Pmáx e Pmin. Contudo, um reduzido diferen-cial de pressões Pmin/Pmáx, (fig. 14) apresenta três consequên-cias, cujos efeitos serão:

- Maior frequência de arranques;

- Redução da gama de caudais coberta pelas bombas e,portanto, mais probabilidades de ocorrerem situações defuncionamento intermitente;

- Aumento da gama de caudais não coberta pelas bombasem funcionamento contínuo. Resultando um aumento dodiferencial médio entre o caudal consumido e o caudalbombeado. Esta diferença é absorvida pelo depósito,sendo o esvaziamento e enchimento mais rápidos;

- Diminuição da reserva de água disponível (volume útil) nodepósito devido à redução do diferencial de pressões.

Por outras palavras, obtém-se uma reserva de água no inte-rior do depósito menor, um caudal de enchimento e esvazia-mento mais elevado, conduzindo a uma maior frequênciade arranques e paragens. Conclui-se, que não se podemoptimizar simultaneamente os seguintes parâmetros:

- Flutuação da pressão;

- Número de arranques do motor;

- Volume de reserva de água.

Deverá efectuar-se um compromisso entre os três parâmetros.

Fig. 14 - Cobertura dos caudais em funcionamento contínuo

3.3.2.2.1.1 Função do depósito hidropneumático

O depósito hidropneumático tem uma função tripla:

Servir de reserva, absorvendo o excesso de caudal (Qconsumo <Qbombeado) ou complementado a insuficiência do caudalbombeado (Qconsumo > Qbombeado), nas zonas em que o caudalnão é garantido pelas bombas;

Assegurar a manutenção de pressão na instalação quandotodas as bombas se encontram paradas;

Absorver as flutuações bruscas de pressão e de caudaldurante a abertura e o fecho dos equipamentos de con-sumo (trata-se contudo de uma função secundária que nãojustifica por si só a presença do Depósito).

3.3.2.2.1.2 Períodos de funcionamento

A duração de um ciclo completo conforme foi descrito ante-riormente deverá ser tanto mais importante quanto maiselevada for a potência dos motores. É importante assegu-rar-se que não é ultrapassada a frequência horária dearranques admissíveis, cujo valor diminui à medida que apotência dos grupos aumenta.

Fig. 13 - Tempo de duração de um ciclo em função do caudal

A curva 3 da fig. 13 apresenta o tempo de duração de umciclo em função do caudal. O caudal crítico Qc, correspondeao ciclo de duração mínima e, por conseguinte ao númeromáximo de arranques.

= Caudal Médio

21++= nn

c

QQQ

Q

60


Podem ser instalados temporizadores com a finalidade deretardarem a paragem ou o arranque de cada bomba (fig.15). É uma solução "parcial" na medida em que esta tempo-rização permite que o ponto de funcionamento ultrapasseos limites da gama de pressão estabelecida (ou seja,maiores variações de pressão), o que vai ao encontro deobjectivo inicialmente pretendido.

Fig. 15 - Influência das temporizações no deslocamento do pontode funcionamento

É importante que a altura manométrica total Hmt dasbombas, correspondente ao funcionamento com caudalnulo não seja demasiado elevada em relação à Pmáx.

A temporização, que impõe um tempo de ciclo mínimoTmin, só se encontra activa durante os ciclos mais curtos,fora deles, não tem qualquer influência (fig. 16).

Fig. 16 - Tempo de ciclo

Para se obter uma variação de pressões extremamentereduzida entre o arranque e a paragem, utilizando bombasde velocidade fixa, sem ter de se enfrentar o problema deum número elevado de arranques, será necessário dispor-sede um grande volume útil. O reservatório de água represen-tado na figura 17 é o exemplo de um reservatório de grandevolume. O custo de investimento não pode ser comparadoao de uma solução convencional em que já não se fala depressurização mas de "distribuição".

Fig. 17

Através do agrupamento de bombas com diferentes capaci-dades, é possível obter-se uma melhor cobertura da gamada caudais (fig. 18 e fig. 19).

Fig. 18 - Três bombas principais de 20m3/h e uma bomba auxiliar de10m3/h

Fig. 19 - Quatro bombas de 20 m3/h

Três bombas principais dimensionadas para um caudal de20 m3/h à pressão de 5 bar mais uma bomba de apoio de10m3/h a 5 bar oferecem uma maior flexibilidade do quequatro bombas de 20m3/h, (sendo a cobertura de caudaismais favorável). No entanto, esta opção implica umaautomatização da operação mais sofisticada e há quetomar em consideração a frequência de arranques daunidade de apoio. Uma estrutura deste tipo é frequente-mente utilizada em instalações de grande dimensão ou emestações elevatórias.

61


No entanto, é de notar a persistência das flutuações depressão, que são tanto mais importantes quanto menor foro número de bombas em funcionamento (curvas mais incli-nadas). Quanto maior o número de bombas em funciona-mento paralelo, mais atenuadas são as flutuações depressão, ficando reduzida ao mínimo a margem de flutua-ção de pressão em todo o campo de operação. Observa-seque o arranque da primeira bomba é efectuado obrigato-riamente por pressão.

Uma regulação debitométrica é, em geral, mais dispendiosado que uma regulação manométrica, além de que a respec-tiva instalação no local é bastante mais delicada. Por estemotivo, utiliza-se este tipo de controlo nas instalações demaior importância.

3.3.2.3 Número máximo de arranques dos gruposelectrobomba

A frequência máxima de arranques dos grupos electro-bomba deve estar limitada de acordo com a tabela abaixo.Como regra geral, quanto mais potente for o motor menordeverá ser a frequência de arranques.

Contudo, de acordo com a tabela 1 para bombas e motoresespecialmente dimensionados, podem-se adoptar valoresmaiores que os anteriormente indicados*.

TABELA 1

* Atendendo a que os factores limitativos são os compo-nentes de controlo eléctrico e restantes componentesmecânicos.

3.3.3 Reservatórios de membrana

3.3.3.1 IntroduçãoOs reservatórios de membrana, também correntemente deno-minados depósitos de membrana, utilizados em pequenase médias instalações, oferecem a vantagem de não necessi-tarem de dispositivos de compensação do ar perdido, talcomo nos reservatórios tradicionais, devido à emulsão entreo ar em contacto directo com a água sobre pressão.

O dimensionamento destes órgãos tem por objectivo a deter-minação da sua capacidade e o número de unidades a aplicar.

3.3.3.2 DimensionamentoO cálculo da capacidade útil real de um reservatório (isto é,o volume de água descarregado pelo reservatório combombas paradas) resulta da aplicação da Lei de BoyleMariotte para a expansão de gases:

3.3.2.2.1.3 Bomba auxiliar (Jockey)

Trata-se de uma pequena bomba, utilizada para assegurara manutenção da pressão da rede em sistemas de pressu-rização de grande dimensão, quando as bombas principaisestão paradas (fig. 20). A sua função está limitada a satis-fazer as necessidades dos períodos de consumo reduzidos,tais como os devidos às fugas de caudal da instalação.Deste modo, evita-se a utilização de um depósito de grandecapacidade, dispendioso, bem como os arranques frequentesdas unidades principais. Esta bomba Jockey, pode sermantida em funcionamento permanente, ou imobilizada, apartir do momento em que a primeira bomba entra emoperação. Em determinadas redes de combate a incêndiosou rega, tais como de campos de golfe, futebol ou hipódro-mos, a manutenção da pressão é assegurada pela bombaJockey evitando a entrada de ar nas tubagens, entre doisperíodos de funcionamento consecutivos. Deste modo,evitam-se as flutuações bruscas e acentuadas de pressãodevido ao escape de ar nos aspersores e ventosas, que sãoprejudiciais às canalizações.

Fig. 20 - Grupo de três bombas + Bomba Jockey

3.3.2.2.2 Regulação debitométrica

Neste tipo de regulação o controlo dos arranques e para-gens das bombas é efectuada através de caudais de refe-rência (fig. 21). Podemos, assim, escolher valores adequadospara se obter uma sequência ininterrupta do campo defuncionamento e, por conseguinte, uma operação contínuados grupos, de tal forma que acompanham o consumo.

Fig. 21 - Regulação debitométrica

4

60

60”

7,5

40

90”

15

30

120”

18

25

144”

20

20

180”

Número máximo de arranques por hora de grupos electrobomba

Potência do motor ( kW )

Número máximo de arranques ( horário)

Duração do ciclo (segundos)

tp

apt pp

ppVC

+−

=

62

Fig. 22 - Reservatório hidropneumático

Grandezas a considerar:

Z - Número de arranques por hora da bomba;

Pa - Pressão manométrica de arranque da bomba (bar);

Pp - Pressão manométrica de paragem da bomba (bar);

Vt - Volume total do reservatório (M3)

Vr - Volume residual, é o volume de segurança que estácompreendido entre o nível de água correspondente àpressão Pa e o fundo do reservatório. Este volume deveser da ordem de 20% do volume total, isto é; Vr = 0,2 Vt;

Vp - Volume de ar correspondente à pressão de paragem Pp;

Va - Volume de ar correspondente à pressão de arranque Pa;

Vu - Volume útil de água no reservatório, compreendidoentre os níveis de arranque (Pa) e paragem (Pp). É o volumede água que é introduzido no reservatório, durante operíodo em que a pressão do ar no seu interior aumentade Pa até Pp, ou seja, entre o arranque e a paragem dabomba. Funciona como reserva sempre que houverconsumo com as bombas fora de serviço.

h2 - Altura correspondente a Vr, é o limite de segurança deutilização de água do reservatório, tem como objectivoevitar a introdução de ar nas canalizações. Esta altura,deve ser igual a 2,5 vezes o diâmetro da canalização,h2 = 2,5d.

Aplicando a Lei de Boyle Mariotte à expansão do volumede ar entre Pa e Pp vem:

(Pp+1)×Vp = (Pa+1)×Va = (Pa+1)×(Vp+Vu)

De onde resulta, explicitando a equação para Vu:


C - Capacidade útil real (litros)

Vt - Volume total do reservatório (litros)

Pp - Pressão de paragem (bar)

Pa - Pressão de arranque (bar)

Pb - Pressão barométrica (bar)

Para calcular a capacidade útil necessária recorre-se à

expressão:

em que:

T - Duração de um ciclo em segundos;

A - Caudal consumido pela instalação em litros, por minuto;

Q - Caudal bombeado, em litros, por minuto;

Cu - Capacidade útil necessária;

Como a frequência máxima de arranques de uma bomba

se verifica quando o consumo é igual a 50% do caudal

bombeado, a capacidade total necessária é de:

O número total de reservatórios necessários é de:

3.3.4 Reservatórios hidropneumáticos

3.3.4.1 Dimensionamento

O principio de funcionamento dos reservatórios hidropneu-

máticos, também se baseia na Lei de Boyle Mariotte, que se

pode enunciar como:

"À mesma temperatura, o volume ocupado por um gás

varia na razão inversa da pressão a que se encontra

submetido".

P1 V1 = P2 V2 = Cte

Na fig. 22 apresenta-se esquematicamente um reservatório

hidropneumático, com a finalidade de representarem as

diversas grandezas em jogo.

( )Q

AQATCu

−×=60

240

QTCt

×=

C

CN t=

( ) ( )[ ] ( )11

11

+−×

=+

+−+×=

p

apa

p

apau P

ppV

P

ppVV

63


Exemplo:

Q = 2,5 l/s = 9m³/h

Z = 8 arranques hora

Pp = 4 bar (pressão relativa)

Pa =2 bar (pressão relativa)

Entretanto, com estes valores no gráfico, obtém-se:

Q/Vt =10 ∴ Vt = 9/10 = 0,9 m³

Fig. 23 - Volume total do reservatório hidropneumático (Vt) emfunção do caudal (Q)

e) Fórmula de Valibouse

Considerando que o volume morto é igual a 20 % dovolume total Va=0,8 Vt, vem:

O cálculo do volume total do reservatório é feito através daaplicação de fórmulas empíricas, deduzidas por diversosautores como resultado de estudos teórico-experimentais.

Indicam-se seguidamente algumas das mais utilizadas:

a ) Fórmula proposta por Harold Nickels

Vt = 10×Qmáx.

Em que: Vt = Volume total em litros

Qmáx = Consumo máximo provável do edifício expresso emlitros/minuto.

b ) Fórmula deduzida por Ângelo Gallizio

A expressão é aplicável a instalações com compressor

Q - descarga correspondente ao consumo máximo da rede,em litros por minuto;

Z - Número máximo admissível de arranques horários.

c) Pela fórmula da Grundfos

Vtotal = 16,25 x Qm x (Pmín.+1) x (Pmáx+1)S ∆P Pc+1

Vtotal = volume total do depósito em litros

S = número máximo de arranques por hora, dependente dapotência e fabricante do motor eléctrico

Qm = caudal médio de uma bomba em l (min)

Pmáx = pressão de paragem

Pmín = pressão de arranque

∆P = Pmáx - Pmin.

Pc = Pressão de ar no depósito de membrana; Pc = Pmin-0,5

d) Fórmula proposta pela norma brasileira NB-92

A norma brasileira utiliza um ábaco reproduzido na fig. 23,entrando com o número de arranque por hora e com osvalores das pressões relativas de arranque e paragemobtém-se a relação entre o caudal da bomba m3/h e ovolume total do reservatório Vt, determina-se na tabela 2 arelação entre o volume útil Vu e o total Vt em função daspressões de arranque e paragem.

( )1

8,0

+−××

=p

aptu P

ppVV

ap

pt pp

p

z

QV

−+

××=1

30

2

0,2

0,32

0,4

1,5

0,13

0,3

0,4

1

0,27

0,4

2,5

0,1

0,24

0,33

0,4

3

0,16

0,26

0,34

3,5

0,08

0,2

0,29

4

0,13

0,23

TABELA 2

Pressão de paragem(bar) (máx.)

Pp

2

3

4

5

6

Pressão de arranque (bar)Pa

( )litrosk

QHH

HHT

V

mbM

mM

××

+−=

40

64


T - Tempo de duração de um ciclo (minutos);

HM - Pressão máxima de paragem em bar;

Hm - Pressão mínima de arranque em bar;

Ha - Pressão atmosférica

T - Tempo mínimo entre dois arranques da mesma bomba

K - Coeficiente de segurança (K=1,2 em geral);

Qm - Caudal médio (litros/minuto)

f ) Cálculo considerado uma pré-compressão arbitrária

Pi - Pressão inicial de pré-compressão (bar);

T - Tempo mínimo entre dois arranques consecutivos damesma bomba.

O exame da fórmula diz-nos que o volume Vt do reser-vatório é proporcional às pressões de arranque e paragem.Há todo o interesse em pré-comprimir o reservatório a umapressão vizinha da pressão de arranque Pa e adoptar umdiferencial de pressão Pp-Pa tão alto quanto possível.

3.3.5 Exemplos de situações-tipo

A concepção de um sistema de elevação de pressão deveajustar-se em cada caso, às exigências (quantitativas equalitativas) dos diversos consumidores e aos condiciona-lismos próprios da instalação e da rede exterior.

Por se considerar do maior interesse prático e sem a preocu-pação de ser exaustivo, caracterizam-se algumas situações--tipo documentadas com figuras.

Fig. 24 - Bomba a aspirar directamente da rede

Na fig. 24, apresenta-se um esquema com bomba a aspirardirectamente da rede; é uma solução utilizada sempre quea pressão disponível na rede exterior é apreciável.

425,1 m

u

QTV

××=

( ) ( )( ) ( )api

paut pp1p

1p1pVV

−×++×+

×=

Fig. 25 - Bomba a aspirar da rede com reservatório de compensação

Na figura 25, mostra-se um reservatório intercalado entrea rede exterior e os grupos de bombeamento, é uma dispo-sição em que se aproveita também a pressão da rede, coma vantagem de não se provocar uma descida apreciável dapressão de aspiração durante o arranque das bombas.

Fig. 26 - Bomba a aspirar do tanque de armazenamento

O arranjo da fig. 26 tem como principais vantagens umaseparação hidráulica entre a rede exterior e a do edifício, ea garantia de uma reserva de água durante as interrupçõesdo consumo.

Fig. 27 - Instalação doméstica rural

A fig. 27 representa uma instalação doméstica típica emmeios rurais com utilização de captação própria.

65


Na concepção e dimensionamento destes sistemas põe-secom particular acuidade os aspectos que a seguir se refereme cujas razões justificativas decorrem do texto que se segue:

• segurança em serviço;

• minimização da potência perdida para economia de energia;

• garantia de funcionamento nos períodos de caudalreduzido;

• conforto de utilização com uma pressão de utilizaçãopraticamente constante.

No estudo de um sistema por bombeamento directo devecomeçar por traçar a curva característica da rede. A curva étraçada em função de um ponto de referência R, arbitradode tal modo que para qualquer valor de caudal, se assegurauma pressão compatível com o bom funcionamento detoda a rede do edifício. Normalmente a curva característicadas redes dos edifícios têm um andamento parabólico. Estanão é a curva real fixada pelas características das canaliza-ções e aparelhos de consumo, mas sim, uma curva "ideal"que se pretende satisfazer.

Na fig. 29, representam-se as curvas características de umarede e de uma bomba.

O ponto de funcionamento é descrito pela curva C2, corres-pondente à variação de consumo ao longo do dia, como sesabe, essa variação é normalmente apreciável.

Suponha-se que o consumo se estabiliza no valor q corres-pondente ao ponto M de funcionamento da bomba (q, h).Observa-se que a bomba debita o caudal q a uma pressãomais elevada dissipando em perdas uma potência que podeser considerável e cujo valor relativo é apresentado pelarazão dos segmentos MB/MA

Fig. 29 - Ponto de referência R

Nem sempre a zona de melhor rendimento da bombacorresponde a um bom rendimento da instalação.

Fig. 28 - Instalação em "by-pass"

A instalação da fig. 28 aplica-se em edifícios situados emlocais em que a pressão da rede exterior sofre grandes variaçõesdiárias, funcionando a instalação apenas nos períodos emque a piezométrica não é suficiente para alimentar todos ospisos em perfeitas condições.

3.3.6 Características das centraishidropneumáticas

As instalações hidropneumáticas apresentam as seguintescaracterísticas:

- Custos iniciais reduzidos comparados com outros sistemas;

- Simplicidade de operação e manutenção;

- Ocupação de um espaço reduzido;

- Flexibilidade para acréscimo da capacidade resultante deum aumento de consumo.

3.4 Sistemas por bombeamento directo

3.4.1 Constituição e princípio de funcionamento

Os sistemas por bombeamento directo caracterizam-se pelaexistência de uma ou mais bombas a operarem em paralelo,a aspirarem directamente da rede exterior ou de um reser-vatório, sendo a descarga directa à rede.

66


Fig. 30 - Curva de potência

Na fig. 30 o rendimento da dissipação é dado por RS/PS

Resulta assim que, sempre que uma estação eleva direc-tamente para a rede é importante minimizar a potênciaperdida o que pode ser conseguido adequando quer onúmero de bombas quer a sua velocidade.

Por outro lado, para os menores consumos correspondentesàs horas mortas, é necessário dotar a instalação quer deválvulas reguladas para evitar que a pressão ultrapassevalores indesejáveis na rede, quer com um pequeno reser-vatório hidropneumático.

3.4.2 Bombas de velocidade fixa

3.4.2.1 Modo de funcionamento

Nos sistemas de velocidade fixa a pressão de descarga nasredes é mantida aproximadamente constante, atravésda activação e paragem das bombas em consonância comas necessidades do consumo. Estas centrais fazem a alter-nância automática do funcionamento das bombas, emfunção do caudal, do tempo de funcionamento e dasanomalias.

Em certas centrais uma das bombas é dimensionada paraas horas de menor consumo, com a finalidade de se pouparenergia nestes períodos. Esta bomba tem geralmente 50%da capacidade das bombas principais.

3.4.3 Sistemas com bombas de velocidadevariável

3.4.3.1 Modo de funcionamento

Nos sistemas com bombas de velocidade variável, a pressãoé mantida constante, independentemente do consumo darede. As variações da pressão de descarga das bombasprovocadas quer por alteração da pressão de aspiração,quer por variação do consumo, são detectadas por um sen-sor que actua no variador de velocidade de forma a mantera pressão de bombeamento constante.

3.4.3.2 Variação das curvas características

O andamento da curva característica de uma bomba variacom a sua velocidade de rotação de acordo com asexpressões:

Na figura 31, mostram-se várias curvas características deuma bomba com diferentes velocidades de rotação, comose pode observar, o rendimento praticamente não variacom a velocidade, por exemplo, para uma pressão cons-tante de 7,5 bar e uma variação de caudal entre 500 e 1000m3/h corresponde uma variação do rendimento máximocompreendido entre 70 e 80 %.

Fig. 31 - Curvas características de uma bomba a diferentes velocidades

3.4.3.3 Selecção das bombas

Com as curvas características extremas da rede e os valoresdo consumo máximo e mínimo (fig.32) determinam-se asalturas manométricas máxima e mínima das bombas:

• A altura máxima H1 relativa ao consumo máximo da redecom a pressão mínima da aspiração;

• A altura mínima H2 relativa ao consumo mínimo da redecom a pressão máxima da aspiração.

Po - Curva de potência teórica necessária para garantirno ponto R o caudal Q à pressão H0;

RS- Potência teórica necessária para fornecer o caudal q;

QR - Potência perdida devido ao rendimento do motor edas bombas;

PQ - Potência dissipada inutilmente;

P - Ponto de funcionamento da bomba instalada.

3

1

2

1

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

N

N

P

P

N

N

H

He

N

N

Q

Q

=∴

==

rpm

rpm

rpm

rpm

rpm

rpm

rpm

67


Para o efeito, diversas situações são praticáveis tais como:

- Conjugar várias bombas de velocidade fixa com uma ouduas de velocidade variável que servirão para ajustar oponto de funcionamento da instalação às exigências decaudal e pressão da rede;

- Instalar todas as bombas com velocidade variável, rodandosempre sincronizadamente.

- As bombas com velocidade variável têm um limite mínimode velocidade abaixo da qual não produzem caudal àpressão pretendida.

3.4.3.4 Regulação manométrica

Neste caso, já não se verificam as limitações relacionadascom os diferenciais entre a pressão mínima e máxima comona regulação por pressóstato A regulação manométricaé efectuada em permanência quaisquer que sejam asaberturas e fechos de válvulas. Nestes casos, usa-se umtransdutor de pressão para efectuar a medição analógicada pressão em substituição dos pressóstatos (fig. 34).

Fig. 34

O transdutor de pressão emite um sinal de 0-20mA,4-20mA ou 0-10V, proporcional à pressão medida. Existeum controlador que compara o sinal medido, com o valorajustado, que foi pré-programado, por sua vez, este irácontrolar o variador de frequência da seguinte maneira:

- Se Pmedido < Pajustado é emitida ordem de aceleração.

- Se Pmedido > Pajustado é emitida ordem de desaceleração.

- Se Pmedida = Pserviço a velocidade mantém-se constante.

Independentemente do caudal requerido, a instalaçãofunciona de modo a manter a pressão constante. A pressãode serviço pode ser materializada no controlador por umarecta horizontal ao longo da qual se desloca o ponto de funcionamento da instalação (fig. 35).

A pressão a ser mantida na conduta de compressão é assim:

Pdescarga= H1+H aspiração mínima = H2 +H asp. máxima

pois a

Pdiferencial = Pdescarga Haspiração

Fig. 32 - Determinação das alturas manométricas máximas e mínimas

Na fig. 32, onde as pressões H1 e H2 são diferenciais, amanutenção da pressão da descarga traduz-se por rectashorizontais por C e por E e uma infinidade de, outrascompreendidas entre essas, para situações intermédias.

Os pontos C e F (fig. 32) são os pontos críticos de operaçãodas bombas, o que pode traduzir-se no seguinte:

- Com todas as bombas em funcionamento na rotaçãomáxima, as bombas deverão debitar o caudal Qmáx àpressão H1 (ponto C);

- Com apenas uma bomba em operação à pressão mínima, abomba deverá recalcar o caudal Qmin à pressão H2 (ponto F).

Como as bombas operam a maior parte do tempo comvalores médios de caudal e pressão de aspiração, o ponto defuncionamento com o caudal máximo de cada bomba (Qmáx)e altura manométrica máxima (H1) deverá situar-se à direitada zona de maior rendimento (fig. 33).

Fig. 33 - Zona de funcionamento das bombas

Controlador

Controlador

68


Fig. 35 - Regulação manométrica, princípio de deslocamento doponto de funcionamento

No instante t, as torneiras fecham-se, o consumo diminui ea característica da instalação vai de R para R'. O ponto defuncionamento altera-se de M para M1. logo:

PM1 > Pajustada significa desaceleração até que Pmedida = Pajustada

A velocidade de rotação da bomba diminui e a curva defuncionamento 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-separa R' e o ponto de funcionamento evolui de M passapara M1.

Fig. 36

Se a velocidade da bomba em variação atingir o valormínimo ou máximo, arranca ou pára uma das bombas develocidade fixa. O que se descreveu pode representar-seno esquema ao lado.

Considerando que a reacção do sistema é rápida, o ponto defuncionamento desloca-se numa linha horizontal (pressãoajustada para serviço (fig. 37).

Fig. 37

Na prática, acelera-se a bomba de velocidade variável atése verificar um ligeiro excesso de velocidade da ordemde 52 a 55 Hz, a que corresponde um ligeiro aumento decaudal. Com efeito, se a bomba de velocidade variável foralimentada a 50 Hz no máximo, obter-se-á, independente-mente do número de bombas em funcionamento:

Qmáx n Bombas = Qmin n+1 bombas

Bomba 1Variação de velocidade

Aumento do consumo

Aceleração da bomba 1

Bomba 1 à velocidade máximaPmedida < Pajustada

Bomba 1 VV + Bomba 2 VFPmedida = Pajustada

A velocidade da bomba 1 diminui e ajusta-se atéPmedida = Pajustada

Arranque da bomba 2 de velocidade fixa

69


Fig. 38 - Campo de variação de caudal com 3 bombas Qmáx n = Q min n+1

Se o caudal consumido variar ligeiramente em torno de Q1

ou de Q2, em cada transposição destes valores, acontece oarranque ou a paragem de uma bomba de velocidade fixa,e daí o risco do número máximo de arranques ser excedido.

Se alimentarmos a Bomba de Velocidade Variável, com umafrequência de 53 ou 54 Hz, verifica-se:

Qmáx n Bombas > Qmin n+1 bombas

Fig. 39 - Campo de variação de caudal só com 3 bombas, comacréscimo de rotação Qmáx n > Qmin n+1

Q1 = Caudal máximo de 1 bomba com VelocidadeVariável

Q'1 = Caudal mínimo com 2 bombas (1 com VelocidadeVariável + 1 com Velocidade Fixa)

Q2 = Caudal máximo com 2 bombas (1 com VelocidadeVariável + 1 com Velocidade Fixa)

Q'2 = Caudal mínimo com 3 bombas (1 com VelocidadeVariável + 2 com Velocidade Fixa)

Q’ = Caudal máximo de 1 bomba com VelocidadeVariável (55Hz)

Q1 = Caudal mínimo com 2 bombas (1 com VelocidadeVariável + 1 com Velocidade Fixa)

Q'2 = Caudal máximo com 2 bombas (1 com VelocidadeVariável 1 com Velocidade Fixa 55Hz)

Q2 = Caudal mínimo com 3 bombas (1 com VelocidadeVariável + 2 com Velocidade Fixa)

Q3 = Caudal máximo de 3 bombas (1 com VelocidadeVariável + 2 com Velocidade Fixa 55Hz)

Poderá ser obtido um caudal compreendido entre Q1 e Q'1quer com uma ou duas bombas em funcionamento.

Se optarmos por esta solução em que se admite um acréscimoda velocidade da bomba, deve calcular-se a potênciaabsorvida ao seu veio, para evitar uma sobrecarga nomotor, por exemplo; 10 % de velocidade em excesso, repre-senta cerca de 33% de potência suplementar.

As principais vantagens relacionadas com a utilização davariação de velocidade em sistemas de pressurização são:

- Pode satisfazer-se um consumo aleatório, compreendidoentre 0 e Qmáx, através da variação da velocidade de umadas bombas, associada ao número de bombas, assimcomo um funcionamento contínuo, sem arranques ouparagens, enquanto não se verificarem alterações decaudal.

- Esta regulação garante uma pressão perfeitamenteconstante, independentemente do caudal, dentro dotempo de funcionamento admissível.

- Sendo assegurada a cobertura de todos os caudais, odepósito hidropneumático poderá ser de dimensõesreduzidas.

Enquanto que, com uma instalação de velocidade fixa,controlaríamos apenas um parâmetro a pressão ou o caudal,na variação de velocidade controlamos ambos, o que ofereceuma solução adequada para os seguintes problemas:

• Cobertura constante de todos os caudais;

• Volume do depósito hidropneumático reduzido;

• Número de arranques dos motores das bombas;

• Pressão constante;

• Economia energética.

Na realidade, as centrais hidropneumáticas de velocidadevariável encontram-se frequentemente equipadas com umdepósito de volume reduzido, embora este acessório sejadispensável, a sua inserção tem como vantagens, assegurara manutenção da pressão na instalação quando todas asbombas se encontram paradas e absorver as variaçõesde pressão gerada em regime transitório, correspondenteà manobra dos órgãos da rede e assegurar os consumosreduzidos.

Evita-se o funcionamento contínuo com uma bomba àvelocidade mínima, quando o consumo tende para zero,introduzindo um sistema de paragem debitométrica dabomba de velocidade variável, não sendo necessário manter--se o seu funcionamento prolongado em condições poucopróprias, para se garantir a pressão do sistema.

Observa-se que se a instalação compreender bombas degrandes dimensões e for necessário garantir-se um caudalmínimo sem vibrações dos grupos, o valor admissível para

70


uma bomba à velocidade mínima Nmin determina-se facil-mente, com base no caudal mínimo admissível à velocidadenominal N pela expressão:

Este caudal mínimo reduzido, serve para o dimensionamentodo volume útil do depósito. Para o efeito considera-se comocaudal crítico:

3.4.3.5 Regulação manométrica compensada

Este tipo de regulação, também apelidado de manodebito-métrico, tem como objectivo compensar o efeito das perdasde carga na rede de distribuição.

PROBLEMA

Com uma regulação manométrica clássica, a pressão émantida constante no local A independentemente docaudal, a pressão em A não é igual em B, devido às perdasde carga no troço compreendido entre A e B, cujo valor variacom o quadrado do caudal.

A pressão em B, é igual a PA - ∆hAB (figura 40). Tem de seconsiderar o desnível geométrico entre A e B,

Fig. 40 - Perdas de carga antes da distribuição

A pressão em B, denominada "pressão disponível", é igual àpressão em A menos as perdas de carga (PA-∆h) (fig.43).Deve-se considerar o desnível geométrico, mas este temum valor constante e é independente do caudal. Este tipode regulação não permite, assegurar aos utilizadores umapressão constante no ponto de consumo, apesar de existirum sistema de variação de velocidade.

Fig. 41

Soluções a considerar:

i) Deslocamento do transdutor de pressão

A pressão já não é medida à saída do grupo sobrepressor,mas sim no local de consumo (fig. 42).

O respeito da igualdade "Pmedida = Pajustada" assegura umapressão constante no ponto de consumo.

Fig. 42

Esta solução é interessante mas comporta determinadoslimites técnicos e económicos. A dificuldade da solução,reside no transporte do sinal, devido ao:

â Custo do cabo;

â Passagem do cabo;

â Transmissão de um sinal de 4 -20mA

Pode encontrar-se esta solução, em certas redes urbanas dedistribuição de água, onde são instalados captores depressão nos pontos mais nevrálgicos da rede.

ii) Compensação das perdas de cargas

As perdas de carga são integradas no algoritmo de controloa fim de se obter uma pressão constante no utilizadormais desfavorável. É o princípio da regulação manométricacompensada. Apenas uma pressão de controlo ajustada àcurva de perda de carga, (curva parabólica) permite obteruma pressão no utilizador perfeitamente constante, maspara tal, a regulação manométrica, será efectuada, atravésde um sistema de controlo complexo e, consequentementedispendioso.

Qmínimo reduzido = Q min x Nmínimo

Nnominal

Qc = Q mínimo reduzido

2

71


A medição do caudal será efectuada por um caudalímetroelectromagnético, que é dispendioso, este operará em asso-ciação com o reservatório hidropneumático. Esta soluçãoque engloba um controlador sofisticado e um cauda-límetro, é dispendiosa, mas, em contrapartida, assegurauma pressão constante nos utilizadores, no caso em queocorrem perdas de carga na aspiração. No entanto, nãooferece qualquer solução para os problemas colocadospelas perdas de carga na tubagem de distribuição.

Por exemplo, num edifício onde existem perdas de cargaimportantes na coluna de distribuição, entre A e B (fig. 46),poderão surgir os seguintes problemas:

• Se a pressão for mantida constante em A, nos pisos supe-riores (em B) os utilizadores irão sofrer flutuações depressão devido às variações das perdas de carga.

• Se compensarmos as perdas de carga na coluna AB, podeeventualmente assegurar-se uma pressão constante emB, independentemente do caudal, mas o mesmo não severificará nos pisos inferiores. Em que nas horas em queo consumo é elevado, estes pisos sofrem um acréscimode pressão de modo a compensar as perdas de cargaentre A e B.

Fig. 46

Somos igualmente confrontados com este problema nosrepuxos de água das fontes públicas. Para se obteremjactos com a mesma altura, é necessário garantir a mesmapressão em cada tubeira e, para tal, as perdas de carga nascondutas de alimentação, deverão ser desprezáveis.

Por conseguinte, conclui-se que um dispositivo de regu-lação, por mais sofisticado que seja, não permite manteruma pressão constante em todos os pontos de uma rede,em que ocorrem perdas de carga elevadas.

É importante ter presente as limitações de cada sistema afim de se evitarem erros e desilusões.

A - A pressão de serviço P = f (Q)

A pressão de serviço já não é um valor constante, mas simvariável em função do caudal. O controlador apropriado é,sofisticado (fig. 43).

Fig. 43

Pode recorrer-se a uma compensação dita linear, o que cons-titui uma abordagem interessante, sendo contudo idealuma compensação parabólica, que forneça uma pressão deserviço perfeitamente coincidente com a curva de perdasde carga (fig. 44). Em função do equipamento disponível, apressão de serviço ou é programada, ponto por ponto, ousegundo uma equação matemática correspondente.

Fig. 44

B- A medição da pressão é insuficiente

Com efeito, de acordo com o caudal de consumo, uma dadapressão de serviço poderá ser considerada excessiva,correcta ou insuficiente. É portanto, necessário havermedição do caudal (fig. 45).

Fig. 45

Mediçãodo

caudal

Mediçãoda

pressão

Determinação da pressão deajuste em função do caudal

Desvio da medição com ovalor ajustado

Valor doajuste depressão

Comando

72


C - Determinação do ponto de ajuste

A determinação da relação perda de carga/caudal não é umprocesso complicado de se obter. Sabe-se que as perdas decarga quer sejam lineares ou singulares, são proporcionaisao quadrado do caudal:

∆h = K x Q2

Assim, para se calcularem as perdas de cargas procede-sede uma das seguintes formas:

- Calculam-se as perdas de carga correspondentes a umdado caudal, com a ajuda de ábacos ou de tabelas. Esteprocesso utiliza-se no desenvolvimento de um projectopara uma nova instalação.

- Mede-se o caudal e a pressão no próprio local, no caso deuma instalação já existente.

Fig. 47

3.5 Dimensionamento e selecção

À semelhança da selecção de uma bomba, a selecção deuma central hidropneumática assenta em duas grandezasfundamentais, o caudal e a altura manométrica.

Os fabricantes de centrais hidropneumáticas, nas infor-mações técnicas que publicam, desenvolvem métodos dedimensionamento que em geral são sensivelmente iguaisentre si, e aplicam-se a qualquer tipo de redes, interior, rega,industrial e de distribuição pública.

3.5.1 Determinação do caudal máximo

Não é muito fácil determinar o caudal exacto de uma insta-lação, porque os consumos de água flutuam em função dahora do dia e do tipo de ocupação do edifício em questão.São vários os métodos disponíveis para a sua quantificação,a experiência tem demonstrado que eles fornecem resulta-dos satisfatórios, bastante aproximados à realidade.

3.5.1.1 Cálculo do caudal a partir de diagramas

Este método é utilizado sempre que os dados relativos aoprojecto são bastante limitados. O seu grau de precisãopoderá ser considerado satisfatório. Os caudais indicadosno diagrama são valores máximos (fig. 48).

Fig. 48

3.5.1.2 Cálculo do caudal em função do número depontos de consumo

Se o número de pontos de consumo for conhecido, é possíveldeterminar, de uma forma rigorosa, o caudal máximo dainstalação. Par tal, deve considerar-se o caudal consumidoem cada ponto de utilização. Ao caudal total assim obtidoaplica-se um coeficiente de simultaneidade, visto que, os npontos de consumo de água de um edifício nunca serãoutilizados ao mesmo tempo.

0,200

0,100

0,050

0,100

0,350

0,350

0,250

0,250

0,100

1,500

0,005

0,100

0,700

Tabela de Caudais normais das utilizações segundo NFP41-204

Designação

Lava-louça

Lavatório

Lavatório colectivo (por jacto)

Bidé

Banheira com serviço de água quente

Banheira com cilindro de água quente

Banheira com esquentador

Chuveiro (água fria ou misturada)

Sanita com autoclismo

Sanita com válvula de descarga

Urinol com autoclismo automático, no local

Urinol com torneira individual

Boca de rega de 20 mm

Caudal normal l/s

73


1º método

Leitura directa do ábaco

70 habitações ⇒ 18m3/h

2º método

Considerando o número de pontos de consumo de água

70 banheiras x 2 torneiras . . . . . . . . . 140 x 0,35 l/s = 49 l/s

70 lavatórios x 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 x 0,10 l/s = 14 l/s

70 bidés x 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 x 0,10 l/s = 14l/s

70 lava-louças x 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 x 0,20 l/s = 28l/s

70 torneiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 x 0,10l/s = 7 l/s

Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630 torneiras 112 l/s

Coeficiente de simultaneidade . . .

Caudal de dimensionamento do edifício é:

QD= 112 x 0,03987 = 4,46 l/s = 16 m3/h

No caso de habitações equipadas com válvulas de descarga,estas deverão ser calculadas à parte, o respectivo coefi-ciente de simultaneidade é diferente.

Apresenta-se abaixo o quadro para estabelecimento doscaudais instantâneos segundo o decreto lei nº 23/95

Pressão disponível necessária à entrada das torneiras dedescarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 bar

Para válvulas de descarga de urinol . . . . . . . . . . . . . . 1,0 bar

Sabe-se que o caudal instantâneo, é dado por:

Qreal instantâneo = Qcalculado x K, em que K, é o coeficiente de simul-

taneidade obtido:

sendo n o número de torneiras. As torneiras de descargafuncionam apenas durante segundos, mas normalmente,não funcionam em simultaneidade com os outros aparelhos(ver tabela).

É de notar, que a fórmula apresentada para a determinaçãodo coeficiente de simultaneidade só é válida para habitações.No caso de hospitais, hotéis, ginásios, escolas, quartéis,centros férias, impõe-se um estudo para cada instalaçãoespecífica.

Por exemplo, para um hotel, podemos adoptar como basede cálculo 300 litros por dia e por quarto, repartidos por3 horas de consumo (ou seja 100l/h de caudal instantâneopor quarto).

Nos centros de férias, ginásios ou parques de campismo,deveremos tomar em consideração a utilização simultâneade todos os chuveiros. Não existe uma regra universal ecada projectista basear-se-á na sua própria experiência.

Exemplo

Edifício de grandes dimensões com 70 habitações, compre-endendo cada uma:

n 1 banheira

n 1 lavatório

n 1 bidé

n 1 lava-louças

n 1 sanita com autoclismo

n torneiras

1

2

3

4

5

Torneiras a descarregar nas habitações

Número de torneiras instaladas

1 a 3

3 a 10

11 a 20

21 a 50

mais de 50

Em funcionamento simultâneo

1n

1K

−=

03987,016301k =−=

Caudais mínimos (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

Caudais Instantâneos

Dispositivos de utilização

Lavatório individual

Lavatório colectivo (por bica)

Bidé

Banheira

Chuveiro individual

Pia de despejo com torneira de ∅ 15 mm

Autoclismo de bacia de retrete

Urinol com torneira individual

Pia lava-louça

Bebedouro

Máquina de lavar louça

Máquina de lavar roupa

Tanque de lavar roupa

Bacia de retrete com fluxómetro

Urinol com fluxómetro

Boca de rega ou lavagem de ∅ 15 mm

Boca de rega ou lavagem de ∅ 20 mm

Em conformidade com asinstruções do fabricante

Máquinas industriais e outros aparelhos

74


Fig. 49 - Caudais de cálculo em função dos caudais acumulados

3.5.2 Determinação da pressão

A altura manométrica total determina-se por:

(Hmt=PDesc - Pasp)

3.5.2.1 Pressão de descarga

Serve para:â Vencer a altura geométrica de descarga Hgâ Compensar as perdas de carga na rede ∆h

â Assegurar a pressão de funcionamento dos aparelhos deconsumo (pressão de utilização ou pressão disponível) Pd

Pdesc = Hg + ∆h + Pd

Fig. 50 - É mantida uma pressão mínima de funcionamento dosaparelhos de 15 mca na torneira mais desfavorável sob oponto de vista de elevação.

3.5.2.1.1 Altura geométrica

Desnível geométrico entre o nível da bomba e do ponto deconsumo mais elevado. Um valor utilizado na prática é de3 m por piso a vencer, ou seja, a altura média de cada andarnos edifícios recentes. No caso de prédios muito altos oude edifícios antigos, deve ser determinada a sua dimensãoexacta.

3.5.2.1.2 Perda de carga

Como valor expedito, pode considerar-se cerca de 10 % daaltura geométrica.

Para a sua determinação rigorosa, deverá ser realizado ocálculo das perdas de carga nos diferentes troços da colunacom base em equações apropriadas, ou ábacos de perdas decarga. À perda de carga contínua, deverão ser adicionadasas perdas nas singularidades tais como curvas, válvulas, etc.

3.5.2.1.3 Pressão disponível

É a pressão mínima que deverá estar disponível no disposi-tivo mais elevado ou no ponto mais desfavorável. Deve serda ordem de 1,5 bar em locais de habitação.

Exemplo prático

Tomando como exemplo, um edifício de 10 andares,teríamos:

Hg = 30 m (10x3 m)

Pd = 15 mca

∆h = 3 mca ( 10 % de Hg)

Logo, será necessário prever uma pressão de descarga de:

Pdesc = 30 + 15 + 3 = 48 mca = 4,8 bar

3.5.2.1.4 Pressão de aspiração

Depende do tipo de ligação existente.

a) Ligação à rede de abastecimento municipal (figura 51)

Fig. 51 - Ligação à rede de abastecimento municipal

Pasp = Prede - ∆hasp - Hasp

∆hasp - Perda da carga entre a rede de abastecimento muni-cipal e a boca de entrada das bombas

Em utilização simultânea

2

3

4

Quadro - Número de fluxómetros em utilização simultânea

Número de fluxómetros

Instalados

4 a 12

13 a 24

+ de 24

Hg

75


3.5.3 Regulação das pressões de arranquee paragem

A diferença entre a pressão máxima (pressão de paragemda bomba) e a pressão mínima (pressão de arranque) é emgeral regulada com um valor compreendido entre 0,3 a 1bar. No caso de bombas com curvas planas não deverá serultrapassado 0,3 bar, porque é difícil de estabelecer um ∆Pde 1 bar entre a pressão mínima (Pmin) e a pressão máxima(Pmáx) numa curva QH muito plana.

No caso das bombas de velocidade variável este problemanão se coloca devido ao seu tipo de controlo, conformedescrito anteriormente.

Prede- Pressão mínima na rede de abastecimento de água

Hasp - Desnível geométrico da bomba em relação à rede(sinal +, se a bomba estiver instalada abaixo da redede abastecimento, sinal - no caso contrário)

Constata-se frequentemente que a pressão de aspiração éda mesma ordem de grandeza da pressão na rede. Porexemplo:

Prede = 2 bar;

Hasp = 1 m (bomba instalada 1 m acima do nível da rede);

∆hasp = 1 mca;Logo, Pasp = 20 - 1 - 1 = 18 mca

subtraindo à pressão de descarga calculada, temos:

Hmt = 48 - 18 = 30 mca.

Conclui-se que a central hidropneumática deverá venceruma altura manométrica Hmt de 30 mca

b) Ligação através de tanque

Fig. 52 - Central em carga (Aspiração Positiva)

No caso da central funcionar com aspiração negativa, cadabomba deverá possuir a sua própria tubagem de aspiração,excepto se a instalação estiver equipada com um colectorde aspiração especialmente estudado para o efeito.

Exemplo (com Pdesc = 48 mca. calculado previamente)

Caso 1. Aspiração 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. Aspiração negativa

∆Hasp = -1,5 m

∆hasp = 0,5 mca.

Pasp = -1,5 - 0,5 = - 2 mca.

Hmt = Pdesc - Pasp = 48 - ( - 2 )= 50 mca.

76


AGHTM - Association Génerale des Hygiénistes etTechniques, Les Stations de Pompage d'Eau

M. J. Prossen, The Hydraulic Design of pumps sumps andIntakes

MACINTYRE, Archibald Joseph, Bombas e Instalações deBombeamento

MACINTYRE, Archibald Joseph, Instalações Hidráulicas

Office International de l'Eau, Les Cahiers Techniques Nr. 17- La Surpression - Principe, Applications, Dimensionnement,1995


77

Critérios de Selecção e Análise de Sistemas Simples em Regime Transitório

4. CRITÉRIOS DE SELECÇÃO E ANÁLISE DE SISTEMASSIMPLES EM REGIME TRANSITÓRIO

Autor: Eduardo NunesDirector de Projectos da Profluidos

Professor Adjunto Equiparado do Dept. de Eng.ª Mecânica

(DEM) do ISEL

79


4.1 IntroduçãoO comportamento das condutas elevatórias, grupos elec-trobomba e dispositivos de protecção em regime transi-tório, pode ser analisado por cálculo automático utilizandoo método das características.

A aplicação do método, obriga a que se disponha daseguinte informação:

– Perfil do sistema de condutas;

– Diâmetro das condutas e respectivo material;

– Caudal e pressão de funcionamento;

– Limites de funcionamento admissíveis;

– Integração noutros sistemas;

– Outras particularidades do sistema em análise;

O perfil da conduta elevatória permite-nos visualizar o seudesenvolvimento, identificar os pontos críticos e os locaisapropriados para instalação dos equipamentos de protecção.As linhas piezométricas de funcionamento em condiçõesestacionárias poderão ser representadas, de forma a deter-minar-se facilmente a pressão de operação em cada pontoda conduta.

Com base nas condições de funcionamento do sistemae das falhas esperadas, paragem e arranque de grupos electrobomba, fecho de válvulas, variações de velocidade de escoamento, etc. Calculam-se as depressões e sobre-pressões que ocorrerão em regime transitório, e traçam-seas respectivas envolventes no perfil da conduta de forma a determinarem-se os pontos em que ocorrem pressõesinferiores à pressão de vapor, com consequente separaçãodas colunas de líquido ou pressões excessivas, superiores àpressão admissível para o material das condutas.

O programa de cálculo do regime transitório em condutascomplexas para bombas CR, calcula para pequenos intervalosde tempo e num grande número de pontos ao longo do sistema, o valor da pressão, a velocidade de escoamento,níveis de água, volumes aspirados e descarregados de reser-vatórios, tempos de paragem de grupos electrobomba,comportamento das condutas durante a paragem earranque dos grupos electrobomba com arrancadoressuaves, durante manobras de válvulas, etc.

Isto permite-nos seleccionar os métodos de protecção maisadequados e assumir dimensões para início de cálculo. Ocálculo é realizado por tentativas, com determinação daspressões extremas ao longo da conduta até se encontraremvalores aceitáveis e seguros.

Fig. 1 - Fluxograma de cálculo

Observa-se que o sistema deverá ser testado depois deimplementado, uma vez que os cálculos se baseiam emmodelos matemáticos, que como não podem deixar de ser,têm sempre um grau de hipóteses simplificativas.

80


4.2 Modelo de cálculo

O modelo de cálculo desenvolvido pelo método das carac-terísticas, trata-se de um modelo matemático, suficiente-mente simplificado para ser adaptado em cálculo computa-cional e é constituído por duas partes fundamentais:

– A descrição da propagação de ondas de pressão nointerior de uma conduta

– A modelação dos diferentes componentes de umsistema, tais como bombas, válvulas, reservatórios,mudanças de características de condutas, nós de condutas, etc.

A propagação das ondas de pressão é descrita por duasequações de derivada parcial: A equação do movimento e a equação da continuidade. Os componentes do sistemarepresentam as condições de fronteira necessárias para aresolução das equações diferenciais.

Passamos a apresentar as equações diferenciais e a suatransformação em equações de diferença finita apropriadaspara cálculo numérico, assim como a inserção das condiçõesde fronteira.

Fig. 2 - Forças actuantes num volume elementar de fluido.

A equação do movimento deduz-se da segunda lei deNewton, aplicada a um pequeno volume de controlo talcomo o representado na figura 2.

∑ Forças = massa x aceleração

A equação da continuidade diz que a diferença entre o volume de líquido que sai e entra no volume de controlo éigual à variação do volume de controlo e do fluido devida àalteração da sua densidade.

As equações têm como base as seguintes considerações:

• O escoamento é unidimensional e desta forma avelocidade e a pressão são constantes em cada secçãotransversal da conduta.

• O comportamento do material das paredes da condutae do fluido é linear e elástico.

• Mesmo durante o regime transitório, o cálculo dasperdas de carga é feito com base na equação deColbrook-White aplicada em regime estacionário.

• O elemento convectivo da equação da quantidade demovimento é desprezado.

As duas equações são:

Equação do movimento L1:

g.Hx + Vt + λ v v = 0 (1)2.D

Equação da continuidade L2:

Ht + a2

x vx = 0 (2)g

Com: H - altura manométrica

v - velocidade de escoamento

λ - coeficiente de atrito da conduta

D - diâmetro interior do tubo

g - aceleração da gravidade

a - velocidade de propagação das ondas de pressão

(celeridade)

Os índices caracterizam as variáveis independentes dasderivadas parciais, sendo x (ao longo do eixo da conduta) e t(no tempo), por exemplo:

Hx = ∂H

∂x

O método das características consiste na transformaçãodestas duas equações diferenciais parciais em duasequações diferenciais comuns equivalentes que podem ser integradas numericamente ao longo de determinadascurvas no plano x; t, designadas como curvas de equaçõescaracterísticas ou simplesmente curvas características.

(1) - Linha piezométrica (2) - Nível de referência

81


Para este propósito as equações (1) e (2) são combinadasnuma equação linear L1 + µ.L2 = 0, em que inicialmente ovalor do factor µ é escolhido arbitrariamente assim resulta:

µ(Hx x g

+ Ht) + (vx x µ a2

+ vt) + λ x v x|v| = 0 (3) µ g 2 x D

Para dois valores reais de µ, diferentes e aleatórios, aequação (3) resulta em outras duas equações que sãoequivalentes às equações originais (1) e (2).

Para uma escolha adequada dos valores de µ, é possívelsimplificar a equação 3.

v = v(x,t) e H = H(x,t) são funções de duas variáveis inde-pendentes x e t cujas derivadas totais podem ser apresen-tadas da seguinte forma:

dv = vx.dx + vt.dt (4)

dH = Hx.dx + Ht.dt (5)

Dividindo ambas as equações por dt resulta:

dv = vx.

dx + vt (6)dt dt

dH = Hx.

dx + Ht (7)dt dt

Os termos entre parêntesis da equação (3) comparam-secom os termos à direita das equações (6) e (7) pelo que teremos:

dx = g e dx = µ.a2

(8)dt µ dt g

A equação (3) pode ser escrita como uma equação diferen-cial ordinária:

µ dH + dv + λ x v x|v| = 0 (9)dt dt 2 x D

A equação (8) dá-nos os dois valores necessários para µ:

µ = +g

(10)a

Para cada valor µ da equação (10) obtém-se a partir dasequações (9) e (8) uma equação diferencial ordinária(chamada equação da compatibilidade) e a respectivaequação da curva característica ao longo da qual ela poderáser integrada:

g x dH + dv + λ x v x|v| = 0 (11)a dt dt 2xD

dx = + a (12)dt

–gx dH + dv + λ x v x|v| = 0 (13)

a dt dt 2xD

dx = –a (14)dt

Com a escolha adequada do factor µ as duas equaçõesdiferenciais de derivada parcial (1) e (2) são transformadasem duas equações diferenciais ordinárias totalmenteequivalentes (11) e (13), sendo cada uma somente válida aolongo da curva característica, no plano x, t, determinadaspelas equações (12) e (14). Estas curvas características, nocaso particular da celeridade ser considerada constante,transformam-se em linhas rectas de gradiente +a e -a.

As curvas representam fisicamente, a propagação de perturbações (ondas de pressão) ao longo do plano x, t.

Para a resolução numérica das equações (11) e (14) divide-sea conduta em N partes iguais de comprimento ∆x (figura 3).

Fig. 3 - Curvas características representadas no plano x, t.

No intervalo de tempo ∆t = ∆x/a, a equação (12) representauma linha diagonal de uma grelha com um gradiente positivo (i.e. AP) e a equação (14) também representa umalinha diagonal da mesma grelha mas com um gradientenegativo (i.e. BP).

Se os valores de v e H forem conhecidos nos nodos A e B dagrelha, as equações (11) e (13), podem ser integradas entreos pontos A e P e B e P respectivamente e desta formaobtêm-se duas equações para a determinação das duasincógnitas v e H no ponto P.

Se a equação (11) for multiplicada por a. dt / g = dx / g e sea velocidade v é substituída pelo quociente entre o caudalQ e a secção recta da conduta A obtém-se uma equaçãocom uma forma adequada para integração ao longo da característica C+.H

P

∫ dH + a

xQ

P

∫ dQ +λ

XP

∫ Qx|Q| x dx = 0 (15)H

Ag x A Q

A 2 x g x D x A2

XA

Em geral, é suficiente uma aproximação do primeiro graupara a determinação do último termo (exceptuam-se oscasos em que o termo do atrito é dominante tal como nocaso de escoamento de óleos muito viscosos).

Resolvendo a equação (15) resulta:

Hp - HA + a x (QP - QA) + λ x ∆x x QA x |QA| = 0 (16)g x A 2 x g x D x A2

} c+

} c -

82


De maneira semelhante obtém-se uma segunda equaçãopela integração da equação (13)

HP – HB – a x (QP - QB) – λ x ∆x x QB x |QB| = 0(17)g x A 2 x g x D x A

2

Com ajuda das equações (16) e (17) as duas incógnitas Hp eQp podem ser facilmente determinadas.

No cálculo do sistema durante o regime transitório, os valores iniciais nos nodos da grelha são os valores de Q e Hem regime estacionário quando t = 0.

Os valores de todos os pontos no interior da grelha (P) sãodeterminados no instante seguinte t = 1 x ∆t pela resoluçãosimultânea das equações (16) e (17). Com base nos últimosvalores de Q e H calculam-se novos valores para o instantet = 2 x ∆t e assim sucessivamente.

Este procedimento aplica-se apenas para a determinaçãodos pontos interiores da grelha, porque em cada extremi-dade da conduta apenas se tem uma única condição decompatibilidade, no início da conduta aplica-se a equação(17) e no fim a equação (16) de acordo com a figura 3.

Fig. 4 - Características nas fronteiras

Desta forma é necessário dispor-se de uma condição defronteira em cada extremidade, ver figura 4 para cálculodos valores aí desconhecidos QP e Hp.

Isto poderá ser realizado por:

– Atribuir um dos dois valores de fronteira, que substi-tuído na equação de compatibilidade válida para estafronteira permite calcular o outro valor (i.e. a cota dedescarga num tanque colocado na extremidade dejusante da conduta Hp = Cte permite determinar o valorde QP pela equação 16).

– Ou introduzindo uma relação funcional Q = f(H) a qualpermite em conjunto com a equação da compatibili-dade aplicada a essa fronteira determinar Qp e Hp (i.e.a equação da curva característica de um ou vários grupos electrobomba em conjunto com a equação(17) permite calcular os valores Qp e Hp)

A precisão e o tratamento explícito das condições de fronteira (isto significa um tratamento independente dospontos interiores), representam as vantagens mais impor-tantes do método das características.

O tratamento explícito das condições de fronteira, permitea sua fácil modificação ou substituição (introdução de umdispositivo de protecção), quer seja pela mudança dosdados iniciais (i.e. alteração do volume de ar num RAC) querpor substituição do seu modelo matemático (mudança desubrotina de cálculo), permanecendo o resto do programainalterável.

Esta forma de se dimensionarem os dispositivos de protecção, é muito mais fácil e poderosa do que a que serealiza pelo método gráfico aproximado desenvolvido porSCHNYDER/BERGERON, pelo que permite a optimização dadimensão dos dispositivos utilizados.

O método das características, pode ser associado a técnicasde interpolação, e desta forma ser aplicado para o cálculode sistemas complexos constituídos por várias condutas evárias condições de fronteira.

4.3 Critérios de cálculoAdmitiu-se que a situação mais desfavorável para o sistema,dentro de um critério de probabilidade significativa, consistena paragem simultânea de todos os grupos electrobomba,causada por uma falta generalizada de energia. Emboraseja possível considerar manobras capazes de produzir flutuações de pressão mais elevadas, pela sobreposição deefeitos, estas teriam de ser constituídas por uma sucessãode paragens e arranques de parte dos grupos de bombea-mento, em instantes determinados, que não é razoávelocorrerem acidentalmente.

Na modelação do comportamento das condutas, admiti-ram-se como válidas as hipóteses significativas habitual-mente consideradas, tais como:

– A distribuição da velocidade e de pressão, é uniformenas secções transversais da conduta;

– As perdas de carga unitárias são iguais às de umescoamento uniforme com a mesma velocidademédia, admitindo-se que este se mantém puramenteturbulento;

– Os termos convectivos das equações da continuidadee da dinâmica são desprezáveis;

– O comportamento reológico da água e do materialdas condutas é elástico e linear;

– O eixo das condutas é imóvel e desprezam-se as forçasde inércia do invólucro;

– A altura cinética do escoamento na conduta édesprezável face à altura piezométrica.

Os intervalos de tempo e os comprimentos dos trechos decálculo considerados, obedecem à condição de estabilidadedo método de cálculo (número de Courant Cr = aδt/δx <1),tendo a compatibilização entre os intervalos de tempo nosdiferentes troços de conduta, sido efectuada com recurso àinterpolação entre as condições do escoamento em secçõesde cálculo consecutivas.

83


4.4 Condições de fronteira

GRUPOS ELECTROBOMBA

As características funcionais dos grupos electrobomba, deverãoser as constantes nas curvas características dos fabricantes.

Atendendo a que as bombas se encontram munidas deválvulas de retenção de acordo com as Normas Portuguesas,a modelação das condições de funcionamento das bombas,é efectuada, considerando apenas as zonas de bombea-mento normal ou de turbinagem por abaixamento da pressãoa jusante.

Esta modelação é efectuada admitindo que a altura total deelevação das bombas Ht, pode ser determinada em cadainstante pela equação:

Ht = AN2 + BNQ - CQ2

em que N é a velocidade de rotação, Q o caudal bombeadoe A, B e C são coeficientes determinados a partir da respectivacurva característica à velocidade nominal.

O rendimento das bombas é considerado variável em funçãoda velocidade de rotação e do caudal e dado por:

h =Q X Ht

DN2Q + ENQ2 + FN3

Com os coeficientes D, E e F determinados de forma seme-lhante aos anteriores.

RESERVATÓRIOS DE AR COMPRIMIDO

A principal função dos RAC consiste em evitar a ocorrênciade depressões na conduta, sendo as sobrepressões conse-quentes automaticamente atenuadas.

Na modelação da variação do volume de ar no interior dosRAC, considerou-se a equação:

PV1,2 = Cte

Sendo P a pressão absoluta no interior e V o volume de ar.

Admitiu-se a verificação em cada instante da equação dacontinuidade na derivação para os RAC e da igualdade dascotas piezométricas no interior do RAC e no ponto dederivação da conduta.

VÁLVULAS DE ALÍVIO

As válvulas de alívio destinam-se a limitar as sobrepressõesnas condutas a valores previamente regulados e são aplicadas em complemento aos RAC, ou quando apenas severificam sobrepressões em regime transitório.

OUTRAS CONDIÇÕES DE FRONTEIRA

Todas as restantes condições de fronteira, tais como alterações das características da conduta e da descarga no reservatório, foram modeladas através da consideraçãoda equação da continuidade e da constância das cotaspiezométricas.

4.5 Dispositivos de protecçãoOs dispositivos de protecção são órgãos que se introduzemnos sistemas de transporte de líquidos, com a finalidade delimitar as ondas de pressão transitórias e valores aceitáveis.A escolha do dispositivo a utilizar em cada caso dependedas características do sistema, tais como do comprimentodas condutas, do seu perfil, do líquido transportado(composição química, conteúdo de sedimentos, viscosi-dade, temperatura, etc.), do tipo de grupos elevatórios,de válvulas (válvula de nível em reservatórios, válvulas decontrolo, de regulação, etc.) do comportamento das ondasde pressão que se pretendem limitar (depressões ou sobre-pressões), etc.

O método das características, devido à sua simplicidade e aopoder de aplicação, permite de uma maneira fácil analisar o comportamento de um sistema simples ou complexo,dotado de um conjunto de dispositivos associados para suaprotecção.

Para proteger um sistema, poderá utilizar-se um único, ouuma combinação de vários dispositivos de protecção,dependendo do grau de complexidade da rede a proteger.Entre os dispositivos mais utilizados contam-se os volantesde inércia, reservatórios de ar comprimido (RAC), chaminésde equilíbrio, reservatórios unidireccionais (RUD), válvulasde retenção intercaladas na conduta, condutas de aspi-ração paralela, válvulas de alívio, etc.

Para certos casos particulares, concebem-se dispositivos de protecção que poderão ser simulados por cálculo computa-cional, desde que se consiga estabelecer o respectivo modelo matemático.

4.5.1 Volantes de inérciaOs volantes de inércia consistem em massas girantes quesão intercaladas nos veios de grupos electrobomba (figura5) ou motobomba, com o objectivo de aumentar a sua inér-cia e desta forma a ampliar o tempo de paragem do grupoe consequentemente a diminuição do caudal debitado pelabomba será mais suave. Se a redução do débito da bombativer lugar num período suficientemente longo, sem necessi-dade de se recorrer a volantes de dimensões excessivas,este meio será adequado para controlar as pressões transitórias.

Sempre que o termo AN2 da curva funcional da bomba forsuperior à altura estática de elevação, a bomba irá bombear.Se o tempo em que ocorrer a anulação do caudal bombeadofor superior ao período da conduta elevatória 2L/a, atenuar--se-á o valor da onda de pressão. Obviamente quanto maiorfor o momento de inércia do volante, maior será o tempo de anulação do débito e maior será a atenuação das ondas de pressão transitórias. Há um limite de aplicação dosvolantes de inércia devido à sua resistência mecânica, à das bombas, dos motores, e às características eléctricas,quando os motores forem eléctricos. A aplicação de volantesde inércia poderá obrigar ao sobredimensionamento dosmotores, de forma a que o seu binário de arranque seja adequado para que a colocação em marcha da bombatenha lugar num período de tempo aceitável.

84


Fig. 6 - Alteração da envolvente das pressões máximas numa condutaprotegida com válvula de retenção.

4.5.3 Reservatórios de ar comprimido

Os reservatórios de ar comprimido, RAC, são dispositivos deprotecção de condutas que actuam por diminuição da taxade variação de caudal, atenuando desta forma a amplitudeda onda de pressão transitória. São vasos metálicos fechados,no interior do qual se encontra aprisionada uma dadamassa de um gás, em geral o ar e uma dada massa do líquidotransportado pela conduta. O gás e o líquido podem estarem comunicação ou separados por uma membrana elástica.Em regime estacionário (permanente), a massa de líquidodo interior do reservatório, está sujeita à pressão de funcio-namento da conduta na secção de ligação e está em equi-líbrio com o ar, que fica por sua vez submetido à pressãoda conduta, armazenando consequentemente energiapotencial elástica.

Quando se inicia um regime transitório, que origina umavariação de pressão na conduta junto à secção de ligaçãodo reservatório, o líquido armazenado no seu interior e submetido à acção do gás, deixará de estar em equilíbriocom o da conduta. Para se restabelecer o equilíbrio, o líquidopassará a abandonar o reservatório no caso de um abaixa-mento da pressão na conduta, ou a afluir ao reservatório nocaso contrário. Paralelamente com a variação de pressão naconduta, haverá uma variação de pressão da almofada dear. Na fase de depressão o volume do ar aumenta, trans-formando-se a energia potencial armazenada no gás emenergia cinética de escoamento. No caso da sobrepressão amassa de gás diminui de volume, aumentando a suapressão e consequentemente a respectiva energia potencialelástica, à custa da energia cinética de escoamento.

Outras razões que limitam a aplicação de volantes de inérciasão económicas e dimensionais. A sua aplicação está emgeral limitada a condutas com uma extensão até 2000 m,com períodos curtos, em que o tempo de anulação de caudaldurante a paragem da bomba é suficientemente longo,para que as ondas de pressão transitórias sejam mantidasdentro de limites aceitáveis.

Fig. 5 - Grupo electrobomba equipado com volante de inércia

O dimensionamento de um volante de inércia é simples,basta aumentar a inércia do conjunto de bombeamento erecalcular o comportamento do sistema.

4.5.2 Válvulas de retenção

Se o perfil de uma conduta elevatória tiver uma altimetriatal que esta apenas fique sujeita a sobrepressões durante oregime transitório correspondente a uma manobra dasbombas, um método possível para a proteger, é o de seintercalarem válvulas de retenção ao longo da conduta, deforma a fazer a sua subdivisão em trechos de pequenaextensão, durante a fase da onda de pressão positiva. As válvulas de retenção apenas permitem o escoamentoem direcção ao reservatório. Para esta situação o cálculo éefectuado como se se tratasse de uma transição com vp1 > 0.Quando ocorre a inversão do fluxo, a válvula não permitetal e vp1 = vp2 = 0, sendo hp1 e hp2 determinados por (18) e (19)respectivamente:

hP1 = hR – CR (vP1 – vR) – CR x 2fRvR |vR| ∆t (18)g g dr

hP2 = hS – CS (vP2 – vS) – CS x 2fSvS |vS| ∆t (19)g g ds

85


Estes dispositivos muito divulgados, têm como principaisvantagens a sua simplicidade, facilidade de aplicação e controle, fiabilidade e disponibilidade no mercado.

Encontram-se disponíveis correntemente no mercadoreservatórios de membrana com capacidades até 2 m3. Porencomenda podem obter-se reservatórios com capacidadessuperiores e reservatórios sem membrana de qualquercapacidade.

Como desvantagens pode-se referir a necessidade de haverum controlo apertado da massa de gás, o que exige a aplicação de compressores isentos de óleo (compressoreshospitalares) no caso de grandes reservatórios e de dispositivos de controlo automático, a possibilidade defecho violento das válvulas de retenção dos grupos de bombeamento, o custo em geral elevado, principalmentedos reservatórios de grande capacidade e a exigência demanutenção.

Uma técnica analítica de cálculo, consiste na combinaçãode uma análise em regime quase estacionário do funciona-mento do reservatório, com um tratamento em regimetransitório do sistema de condutas. A passagem da ondade pressão transitória através do reservatório, não é consi-derada no modelo de cálculo, mas ela é praticamente atenuada e o seu valor é trivial.

No início do cálculo, a altura do líquido no interior dotanque terá de ser conhecida, assim como a energia poten-cial na secção de ligação do reservatório à conduta. Estesvalores são designados por hti e hpi respectivamente.

A pressão do gás no interior do reservatório é estabelecidaem termos de uma coluna de líquido equivalente hgás.

hgási= hi – zt – hb – hti

(20)

Fig. 7 - Esquema de princípio de um RAC

Uma vez que a pressão absoluta na secção de ligação é hi (hi = hp no instante anterior), hgasi representa a pressãoabsoluta do gás.

Considerando pela equação da continuidade:

A1 vp1 = At

dht + A2 vp2 ∴ ∆ht = (A1v

p1+ A

2v

p2) ∆tdt At

em que At é a área transversal do RAC, At = π d2t.

4

A altura do líquido no interior do reservatório no final dointervalo de tempo ∆t é dada por,

ht2= ht1

+ ∆ht (21)

em que ht1 é a altura do líquido no início do intervalo detempo ∆t e ht2 no fim.

Aplicando a equação PVn = Cte correspondente aos processospolitrópicos aplicados a um gás perfeito, a pressão do ar nointerior do reservatório passa a ter o valor de,

hgas2= ( lt – ht1)

n

x hgas1 (22)

lt – ht2

O expoente da transformação politrópica do ar no interiordo reservatório poderá variar entre 1 correspondente aosprocessos isotérmicos, e 1,4 nos processos adiabáticos.Como em geral o volume de cálculo do reservatório varia10% quando se varia o expoente entre 1 e 1,2 recomenda-sea utilização para o expoente politrópico n o valor de 1,2.

Com hgas2determinado, calcula-se hp por

hp = hgas2+ zt + hb + ht2

(23)

Fig. 8

Substituindo o valor de hp nas equações características C- (16) e C

+(17) calculam-se facilmente os valores de vp1 e

vp2. Com estes valores determina-se o volume de águaadmitido ou expulso do reservatório durante o intervalo detempo ∆t e consequentemente a variação de nível do líquidono interior do reservatório.

It - altura do reservatório dt - diâmetro interiorhb - altura da base do reservatóriozt - cota de inserção do RAC na conduta

86


4.6 Circuito de desvioEm certas situações pode estabelecer-se um circuito dedesvio aos grupos electrobomba, equipado com uma válvulade retenção conforme se mostra no esquema da figura 9. É uma aplicação típica em condutas forçadas longas,dotadas de várias estações de bombeamento em linha,permitindo por exemplo diminuir a classe de pressão dostubos. Quando os desníveis geométricos, ou as perdas decarga em linha forem apreciáveis, a altura de elevação dasbombas é repartida pelas diferentes estações, resultandoem equipamentos mais económicos e com menor potênciainstalada por unidade.

Fig. 9 - Esquema de um circuito de desvio a um conjunto de bombeamento

Noutros casos em que o caudal transportado é variável,como por exemplo em condutas de transporte de águapotável para abastecimento domiciliário e industrial, emque o volume de água a transportar varia com a estação doano, o dia da semana ou mesmo a hora do dia, quando ovolume de água que é necessário transportar for reduzido,algumas das estações poderão ser retiradas de serviço,permanecendo outras em funcionamento, de forma a que ocaudal debitado esteja de acordo com as necessidades.Nas estações imobilizadas o escoamento far-se-á atravésdos circuitos de desvio. Quando as bombas estiverem emoperação, a válvula de retenção impedirá o escoamento dacompressão para a aspiração.

Também poderá ser aumentada a capacidade de trans-porte, durante as horas de máximo consumo, de uma conduta com funcionamento por acção da gravidade pelaintercalação de estações elevadoras de pressão (booster),colocadas em linha e equipadas com circuito de desvio.A estação poderá não estar sempre em funcionamento e oescoamento dar-se-á através do circuito de desvio, duranteos períodos em que o escoamento for realizado pela acçãoda gravidade.

O circuito de desvio poderá desempenhar um papel de protecção da conduta, evitando as depressões no ramo decompressão. Quando ocorre uma paragem da bomba,haverá uma queda de pressão no ramo de compressão, se apressão cair a um valor inferior ao do ramo de aspiração, aválvula de retenção abre-se e passará a haver escoamentode montante para jusante, limitando-se desta forma oabaixamento de pressão. O valor da pressão mínima seráassim superior ao que teria lugar se o circuito de desvio nãoexistisse.

Na análise do comportamento do sistema, durante a paragemde uma bomba deverá verificar-se se a pressão de jusantese mantém superior à de montante. Quando tal não se verificar, substitui-se a condição de fronteira correspon-dente à bomba por uma simples junção. Ou seja, as duasequações características são resolvidas para se determinaro caudal e a pressão, sem que a equação que modela abomba esteja presente.

Na modelação, deverá incluir-se um termo separado paraquantificar a perda de pressão (energia) na válvula deretenção. Assim, aplicam-se as equações.

g (hP1 – hR) + CR (vP1 – vR) + 2 fR VR VR ∆T = 0 (24)aR g dR

– g(hP2 – hS) + (vP”

– vS) + 2 fS VS VS ∆T = 0 (25)aS dS

hP1 – hP2 = k v2

P1 (perda de energia na válvula)2g

VP1 = Q VP2 =

Q

A1 A2

Estas equações reduzem-se a uma equação quadrática em Q.

Esta aproximação despreza o escoamento que tem lugaratravés da bomba durante a sua paragem. Como em geralo caudal é reduzido, o erro introduzido por esta simplifi-cação é desprezável.

4.7 Chaminés de equilíbrioNuma conduta equipada com bomba e chaminé de equi-líbrio como se mostra na figura 10, enquanto a bomba seencontrar a funcionar em regime estacionário as condiçõesde operação são as representadas.

Durante o curto intervalo de tempo ∆t associado à discreti-zação das equações, a altura do líquido na chaminé poderáser considerada constante sem grande erro, sendo actuali-zada em cada instante. A parte superior da chaminé encon-tra-se aberta à atmosfera.

Durante o regime variável este dispositivo divide em geral aconduta em dois troços que se comportam de forma dife-rente. O trecho compreendido entre a bomba, turbina ou válvula e a chaminé, neste troço é mobilizada a energiaelástica do fluido e da conduta. No segundo trecho compreendido entre o dispositivo e um reservatório ou outro dispositivo semelhante, ocorre em geral umaoscilação em massa.

Para diminuição da amplitude do líquido no interior dachaminé, por vezes dota-se a ligação chaminé-conduta deum dispositivo destinado à geração de perda de carga. Otratamento destes dispositivos é semelhante ao apresen-tado para os RAC.

87


Substituindo o valor de hP nas equações característicasC- e C+ calculam-se facilmente os valores de vP1 e vP2. Comestes valores determina-se o volume de água admitido ouexpulso da chaminé durante o intervalo de tempo ∆t e consequentemente a variação de nível do líquido no interiorda chaminé. Antes de continuar o cálculo deverá verificar-sese a altura do líquido no interior da chaminé é positiva.

Fig. 11

Fig. 12 - Chaminé de equilíbrio desenho tipo da SABESP

4.8 Reservatórios unidireccionaisOs reservatórios unidireccionais são dispositivos de protecçãoespecialmente vocacionados para atenuarem as ondas de pressão negativas. Conforme se poderá observar na fig. 13, estes dispositivos consistem num tanque onde éarmazenado o líquido transportado pela conduta, com asuperfície livre em contacto com a atmosfera. Em alterna-tiva poderá ser armazenado água proveniente de umafonte externa.

A ligação entre o reservatório e a conduta é dotada de uma válvula unidireccional (válvula de retenção), que permite o escoamento no sentido RUD conduta e impede-ono sentido oposto.

Fig. 10 - Esquema de uma chaminé de equilíbrio

O dimensionamento de uma chaminé de equilíbrio com-preende:

– O estudo do perfil da conduta para escolha do localmais adequado para a sua instalação.

– Cálculo de secção transversal e de um eventualestrangulamento, para atenuação das amplitudesextremas de oscilação do plano de água.

– Cálculo estrutural.

Na escolha do local para a sua instalação deverá atender-seaos seguintes aspectos:

– Características topográficas do terreno.

– Impacto da estrutura no ambiente.

– Amplitude das ondas de pressão.

Salvo casos especiais, as chaminés são em geral consti-tuídas por um tubo metálico, de betão armado ou escavadona própria rocha, em que a velocidade do líquido no seuinterior é lenta. Para estes casos o modelo matemático dacondição de fronteira é semelhante ao utilizado para o RAC.

H = hP1 – ha

Uma vez que a pressão absoluta na secção de ligação éhp1, e ha representa a pressão atmosférica.

Considerando pela equação da continuidade:

ap1 vp1 = Ach

dhch + Ap2 vp2 ∴ ∆hch = (ap1v

p1+ a

p2v

p2) ∆tdt Ach

Ach é a área transversal da chaminé Ach = π d2

ch

4

A altura do líquido no interior da chaminé no final do inter-valo de tempo ∆t é dada por:

H2 = H1 + ∆Hch

em que H1 é a altura do líquido no início do intervalo detempo ∆t e H2 no fim.

Com H2 determinado calcula-se hp por

hP = H2 + ha

88


Fig. 13 - Reservatório unidireccional

Devido à sua concepção, o RUD permite a alimentação daconduta aquando a cota piezométrica for inferior à dasuperfície livre do líquido, como a conduta continuará a seralimentada, o tempo de anulação de caudal é aumentado.Devido à concepção do RUD, a altura piezométrica na zonade ligação é regulada pela cota da sua superfície livre.

Em regime permanente, o líquido armazenado no RUD e oque se encontra em escoamento na conduta, estão separadospela válvula de retenção que se encontra fechada, assim, aaltura piezométrica na conduta não está em equilíbrio coma massa de água armazenada.

Enquanto a altura piezométrica na conduta for superior àda superfície livre do RUD, o cálculo em regime transitóriona secção de ligação é idêntico ao de uma simples tran-sição. A partir do instante em que as alturas se igualem aanálise passa a ser semelhante à de uma chaminé de equi-líbrio.

Pelo descrito, conclui-se que o RUD só entra em funciona-mento quando a altura piezométrica na conduta for inferiorà da superfície livre e que não há escoamento no sentidoconduta RUD.

4.9 Reservatório parcialmentebidireccional

O autor deste trabalho, necessitou projectar um dispositivo,para proteger uma conduta elevatória destinada a trans-portar águas residuais, que apresentava um ponto altonum local isolado. Devido às desvantagens referidas emrelação ao RUD, não era possível nesse caso a sua adopção.Para proteger esse local, foi adoptada uma variante,conforme representada na figura 14, o qual poderemos designar por reservatório parcialmente bidireccional.

Fig. 14 - Reservatório parcialmente bidireccional

O reservatório parcialmente bidireccional, é especialmentevocacionado para ser instalado em pontos altos, de condutasdestinadas a transportar águas residuais. É constituído porum reservatório construído em polietileno de alta densi-dade e dotado de uma válvula de retenção.

A grande vantagem, apresentada por este dispositivo, éa do líquido armazenado para protecção, não ficar emcontacto com a atmosfera. Evita-se dessa forma a inquinação,no caso de água tratada e a propagação de cheiros no caso de águas contaminadas. Outra vantagem, é a de sedispensar o ramal de enchimento.

A análise deste dispositivo, é semelhante à da chaminé de equilíbrio, sempre que a cota piezométrica no interior do dispositivo, for inferior à cota da válvula de retenção. Casocontrário, a análise é semelhante à de uma simples junção.

Este dispositivo, admite o refluxo parcial de líquido aotanque, o que não acontece no RUD, permitindo destaforma actuar também sobre as sobrepressões.

4.10 Dispositivos de manutenção daspressões transitórias

Para atenuação dos efeitos do choque hidráulico, durante aparagem e arranque dos grupos electrobomba poderiamser utilizadas válvulas motorizadas ou arrancadores suaves.Estes dispositivos não podem ser considerados dispositivosde protecção uma vez que não actuam em caso de falha deenergia eléctrica da rede de alimentação.

4.10.1 Válvulas motorizadas

As válvulas motorizadas deverão possuir meios de fechoadequados, devendo os tempos de manobra ser determinadospor cálculo. Em geral para se evitar tempos de manobralongos, procede-se a um primeiro período de fecho rápido ea manobra final mais longa, isto porque a actuação dasválvulas sobre o escoamento não é linear.

4.10.2 Arrancadores suaves

Os arrancadores suaves quando procedem também a para-gens suaves, são excelentes órgãos para a atenuação dasvariações da pressão ao longo das condutas, durante asoperações normais de arranque e principalmente paragem,uma vez que o período de imobilização dos grupos electro-bomba é prolongado, sendo o seu efeito semelhante ao dosvolantes de inércia.

O tipo de paragem dos grupos, assim como os períodos adecorrer entre paragens sucessivas, de vários grupospodem ser devidamente determinados com a introduçãode subrotinas de cálculo apropriadas.

89


4.11 Caso prático

Os dados de cálculo inicial, foram os que se passam aindicar nos itens seguintes.

Comprimento da conduta elevatória L = 2808 mDiâmetro Ø = 500 mmEspessura da parede e = 7,3 mmRugosidade absoluta equivalente k = 0,1Material Ferro Fundido DúctilMódulo de elasticidade da conduta E = 1,0 x 1010 kgf m-2

Módulo de compressibilidade da água E = 2,1 x 108 kgf m-2

Caudal em regime estacionário Q = 0,375 m3/sCota de descarga no reservatório 373,3 mGrupos electrobomba em funcionamento n = 2 (paralelo)Velocidade de rotação N = 1400 rpmPD2 da bomba 5,86 kgf.m-2

PD2 do motor 92,00 kgf.m-2

Diâmetro do impulsor D = 400 mmCoeficientes da curva característica A = 1,92 x 10-4

B = 6,56 x 10-1

C = 5,37 x 103

Os grupos electrobomba instalados em número de trêsnesta primeira fase, com funcionamento de um númeromáximo de dois em paralelo, são do tipo multicelular, depequena inércia comparada com a energia transferida aofluido a elevar e por consequência com um reduzido tempode anulação de caudal.

Análise dos resultados de cálculoO cálculo inicial foi realizado considerando que os dois gruposbombeiam através da conduta sem qualquer protecção.Dos resultados do cálculo efectuado, verificou-se queocorre uma zona de depressão extensa (gráfico 1) e que asobrepressão subsequente tem um valor muito elevado,concluindo-se que era necessário proteger a conduta com dispositivos adequados.

Cálculo finalEm face do comportamento descrito para o sistema emregime transitório, e após várias hipóteses de cálculopara os dispositivos de protecção, foi seleccionado um RACassociado a uma válvula de alívio, dimensionados conformeo gráfico 1. Se não se realizar esta associação, o volume RACseria exagerado.

5,0 4,1 6,7 7,0

Resultados de cálculo final

Volume de ar m3

Inicial Mínimo Máximo AdoptadoRAC

1.300 390

Condições de descarga

Caudal m3/h Pressão de aberturam.c.a.

VÁLVULADE

ALÍVIO

1

90



Almeida, A. B.

Manual de protecção contra o golpe de aríete em

condutas elevatórias.

Lisboa LNEC, 1981

Chaudhry, M. H.

Applied Hydrulic Transients

Van Nostrand 1979

De Martino, G.

Sul calculo del PD2 negli impiante di sollevamento

L’Energia electtrica n.º 8, 1973

Duarte, C.

Exemplo de cálculo de choque hidráulico com volante de

inércia pelo método gráfico de Bergeron.

Seminário 238, Golpes de aríete em condutas, LNEC, Lisboa, 1979.

Dubin, C.; Guéneau, A.

Détermination des Dimensions caractéristiques d´un

reservoir d’air sur ume installation élévatoire.

La Houille Blanche, n.º 6, 1955

Dupont, A.

Hydraulique urbaine.

Tome II Paris, Eyrolles, 1974

Fox, J. A.

Hydraulic analysis of unsteady llow in pipe networks,

London, Mac Millan, 1977

Funel, C.; Chiari, A.

Golpo d’ariete in condotte elevatorie. Attenuazione

mediante volanti

Universitá de Napoli, Instituti Idraulici, n.º 242, Napoli, 1969

IDEL’CIK, I.E.

Mémento des partes de charge,

Eyrolles Paris, 1960

Jaeger, C.

Fluid transients in hydro-electric engineering pratice.

Glasgow and London, Blackie, 1977

Li, W. H.

Mechanics of Pipe flow following column separation

Journal of the Engineering Mechanics Division,

ASCE, Vol 88, 1962

Livingston, A. C.; Wilson, J. N.

Synopsis of surge control equipment

Water and Water Engineering, Julho 1963

Martins, R. M.Transitórios hidráulicos. Protecção de instalações de recalque através de tanque hidropneumáticoRevista DAE

Meunier, M.; Puech, Ch.Étude du functionement et du dimensionement desballons d’air anti-belierBulletin Technique de Génie Rural, n.º 124 CTGREF, Paris, 1978

Nichile, M. M.; Sousa, R. F.Válvulas anti-golpe de aríete desenvolvimento BrasileiroRevista DAE

Parmakian, J.Waterhammer analysis.New York, Prentice Hall, 1955 e New York, Dover, 1963

Reis A. J.; Caldinhas A. O.Parecer sobre o dimensionamento de condutas metálicas sujeitas a sub pressõesUniversidade de Lisboa CEMUL

Roche, E.Protection des refoulements d’eaux usées. Réservoir anti--bélier à régulation d’air automatique.TSM - L’Eau, Abril, 1978

Rosich, E. M.Le coup de bélier dans les pompages: Son calcul simplifiéLa Technique de L’eau

Rosich, E. M.Le coup de bélier dans les canalizations de refoulement:Calcul et préparationLa Technique de L’eau

Stephenson, D.Discharge tanks for suppressing water hammer inpumping linesInternational conference on pressure surges

Stephenson, D.Water hammer and surgePipeline design for water engineers. Developments in

Water Science, n.º 6, Elsevier 1976

Timoshenk Resistência dos materiaisAo Livro Técnico S.A. 1971

Wylie, E. B.; Streeter, V. L.Fluid TransientsMc Graw-Hill 1978

91

O Custo do Ciclo de Vida como Factor de Economia

5. O CUSTO DO CICLO DE VIDA COMO FACTORDE ECONOMIA

Autor: Paulo RamísioEngenheiro Civil (FEUP)

Mestre em Engenharia do Ambiente (FEUP)

Assistente do Departamento de Engenharia Civil da

Universidade do Minho

Sócio da SBS – Engenharia Civil, Hidráulica e

Ambiente, Lda.

93


• O Europump, estabelecido em 1960, age como porta-vozdos 15 principais fabricantes de bombas e representa maisde 400 fabricantes. O Europump serve e promove a indús-tria europeia das bombas hidráulicas.

• O Departamento de Energia dos Estados Unidos, promoveparcerias com indústrias e grupos de comércio, para aimplementação de sistemas de elevada eficiência deenergia, energias renováveis, prevenção da poluição etecnologias para aplicações industriais.

5.2 O que é o Custo do Ciclo de Vida?O Custo do Ciclo de Vida (CCV) é uma ferramenta de gestãoque pode ajudar a minimizar os desperdícios e a maximizaro rendimento para variados tipos de sistemas, incluindosistemas de bombeamento. Uma visão global é descrita noartigo "Pump Life Cycle Costs" desenvolvido pelo HydraulicInstitute e Europump de modo a facilitar a aplicação dametodologia do CCV a sistemas de bombeamento.

O Custo do Ciclo de Vida de qualquer sistema de pressuri-zação é assim o custo total durante o seu período de vidaútil. Representa os custos de aquisição, instalação, ensaios,energéticos, operação, manutenção (preventiva e correctiva),paragens, ambientais, desmontagem e desmantelação doequipamento. A identificação de todas as parcelas envol-vidas apresenta-se como uma etapa fundamental nestametodologia.

Quando o CCV é utilizado como uma ferramenta de compa-ração entre diferentes alternativas, o processo de cálculo doCCV indicará, de forma isenta, a solução que apresentamenor custo global, com base nas informações disponíveis.

5.3 Razões para a utilização do CCVOs sistemas de pressurização são compostos por umconjunto de obras de construção civil, equipamento eléctricoe electromecânico, tubagens e acessórios. Como exemplo,os grupos electrobomba embora sejam geralmente adqui-ridos como componentes individuais, eles são parte inte-grante de um sistema indissociável entre si.

A minimização dos custos globais nem sempre é uma tarefafácil. Enquanto algumas partes do sistema apresentampraticamente todo o seu custo durante a construção, nosequipamentos electromecânicos o custo de aquisiçãopoderá representar apenas 10% dos custos globais associadosa esses equipamentos. O investimento inicial é geralmenteuma pequena parte do Custo do Ciclo de Vida para sistemasde pressurização.

A energia consumida e os materiais utilizados por umsistema dependem das características da bomba, da insta-lação e do modo como o sistema irá operar. Adicionalmentetodos os componentes do sistema deverão ser cuidadosa-mente seleccionados para combinarem entre si e manterno global um conjunto fiável assegurando os mais baixoscustos energéticos e de manutenção, assim como umalonga durabilidade.

5.1 Introdução

Os sistemas de pressurização representam por vezes custosnão desprezáveis no mercado da construção parahabitação, sendo principalmente onerosos em grande partedos sistemas industriais. Como qualquer investimento, aescolha dos elementos que constituem o sistema (cons-trução civil, equipamentos, acessórios e os decorrentes daexploração) devem obedecer a considerações de eficácia eeconomia.

Estima-se que o elevado número de sistemas de bombea-mento existentes a nível mundial, nas suas mais variadasaplicações (abastecimento público e predial de água potável;colecta, transporte e tratamento de águas residuais; insta-lações de rega; industrial, etc.), consomem cerca de 20% daenergia eléctrica global (Europump, 2000).

Fig. 1 - Consumo mundial de energia eléctrica

Trata-se portanto de um consumo significativo, principal-mente numa altura em que a questão energética assumeum importante papel na economia nacional, mas tambémmundial.

A correcta escolha de todos os componentes de um sistemade bombeamento apresenta-se assim como uma oportu-nidade para uma redução nos custos globais da instalação,ao longo da sua vida útil.

A avaliação dos custos do sistema ao longo da sua vida útil,pode ser realizado por várias metodologias.

Um dos grandes objectivos duma metodologia destanatureza deverá ser o rigor e a isenção, pois só assimpoderá ser utilizada, não só para optar entre diferentessoluções do mesmo fabricante, mas também servir paracomparar soluções de fabricantes diferentes.

No presente documento optou-se por seguir a metodologiaproposta pelas seguintes entidades:

• O Instituto Hidráulico (HI), fundado em 1917, é a maiorassociação de produtores e de fornecedores da Américado Norte. Estabelece padrões e organiza fóruns para atroca de informações técnicas há mais de 80 anos.

Ou

Outras Aplicações(80%)

Sistemas de Bombeamento(20%)

Consumo mundial de energia eléctrica

94

Uma maior compreensão de todos estes pormenoresconstituirá uma oportunidade para a redução dramáticados custos energéticos, de exploração e de manutenção,factores determinantes no Custo do Ciclo de Vida (CCV) dainstalação. A redução e o desperdício energético represen-tam ainda um papel importante em benefícios ambientais.

Fig. 2 - Repartição média dos custos globais em sistemas de bombeamento

Muitos sistemas são concebidos considerando apenas oinvestimento inicial, originando sistemas que apresentamgrandes custos de manutenção e exploração. A crescentecompetitividade dos mercados nacionais e internacionaisobriga a um esforço contínuo de modo a aumentar a compe-titividade. As empresas devem procurar soluções que visema redução dos custos globais e o aumento dos rendimentosoperacionais. A operação, principalmente no sector fabril,continua a merecer uma particular atenção como fonte depoupança de custos, especialmente pela via da minimi-zação dos consumos energéticos e dos tempos de paragemda produção.

Alguns estudos mostram que 30% a 50% da energia consu-mida pelos actuais sistemas de bombeamento podem serpoupados através da alteração dos controlos dos sistemas(Europump, 2000).

Os sistemas existentes podem contribuir com uma maiorfatia na redução da energia consumida através da utili-zação da metodologia do cálculo do CCV por duas razões:A primeira porque existem pelo menos 20 vezes maissistemas em operação do que os colocados anualmente emoperação e, em segundo lugar porque muitos dos sistemasem operação possuem bombas ou controlos que não estãoajustados às necessidades actuais, talvez motivado pelagrande evolução tecnológica verificada nos últimos anos.

Adicionalmente às razões económicas para justificar a utili-zação da metodologia do CCV, muitas empresas começama estar cada vez mais sensíveis ao impacto ambiental nosseus negócios, e consideram o rendimento energético comouma via contribuinte para a redução de emissões de gasese deste modo preservar os recursos naturais.


A análise do CCV, quer em novos empreendimentos querem remodelações requer sempre uma avaliação de sistemasalternativos. Para a maioria de empreendimentos os custosenergéticos e/ou de manutenção dominarão os Custos doCiclo de Vida. É portanto de extrema importância a formaprecisa de determinar os custos energéticos actuais, o esca-lonamento esperado nos anos vindouros, assim como oscustos de mão-de-obra e dos materiais ao longo do ciclo devida do equipamento. Outros custos como por exemplo osde paragens, desmontagem e desmantelação final doequipamento e os de origem ambiental, sendo de difícilquantificação, podem muitas das vezes ser estimados combase em dados históricos. Em alguns casos os custos deindisponibilidade podem ser mais significantes que oscustos energéticos ou de manutenção. Consideraçõesadicionais deverão ser tomadas em relação às perdas deprodutividade devido aos tempos de paragem.

5.4 Determinação do Custo do Ciclo de VidaO processo do CCV é um método que permite a comparaçãode soluções alternativas, em termos de custos. O processoem si é basicamente matemático, mas extremamentedependente da informação disponível, logo os resultadosdo processo apresentam certamente um grau de fiabili-dade similar ao dos dados de base.

Os sistemas de bombeamento têm muitas das vezes umperíodo esperado de operação de 15 a 20 anos. A escolhadestes equipamentos deve ser efectuada com base emcálculos onde os detalhes do projecto do sistema devemser tidos em conta. Deste modo a comparação deve serefectuada entre diferentes tipos de sistema ou de controlo.O exercício deve ser objectivo na análise e âmbito podendono entanto ser lato nas alternativas analisadas.

Com base nos estudos efectuados em problemas destetipo, a metodologia proposta apresenta os custos do ciclode vida, como sendo a soma das seguintes parcelas:

(1)

onde:

Custos iniciais (custos de construção civil, bombas,tubagens, acessórios, serviços de apoio, etc.)

Custo de instalação e ensaios (arranque e formaçãodo pessoal)

Custos energéticos (operação do sistema incluindocontrolos e quaisquer serviços auxiliares)

Custos de operação (mão de obra e supervisão normaldo sistema)

Custos de manutenção e reparação (reparaçõesprevistas e de rotina)

Custos de paragens (perda de produção)

Custos ambientais

Custo de desmontagem e desmantelação (incluindo arestauração ambiental do local e serviços de destruiçãodo equipamento)

Custos de Manutenção ( 10% )

Custos do Investimento ( 5% )

Custos de Exploração ( 85% )

Sistemas de bombeamento - Custos globais

dappmoeinci CCCCCCCCCCV +++++++=

ciC

inC

eC

oC

mC

ppC

aC

dC

95


Custos energéticos

• O consumo energético é frequentemente uma das parcelascom maiores custos e geralmente domina o valor final doCCV, especialmente quando o tempo de operação dasbombas ultrapassa as 2000 horas de operação / ano. Oconsumo energético é calculado através dos dados colhidosno projecto do sistema. Se as solicitações ao sistema sãoconstantes, o cálculo é simples. Se as solicitações são muitovariáveis no tempo, então dever-se-á utilizar um registohorário das necessidades para se efectuar o respectivocálculo.

A fórmula do cálculo da potência requerida é a seguinte:

(2)

Os parágrafos seguintes examinam cada uma das parcelase levantam sugestões para a determinação de cada parâ-metro. Dever-se-á ter em atenção que este cálculo não incluia análise a custos de segunda ordem como por exemplo asmatérias-primas consumidas no fabrico de produtos.

Detalhando:

Custos iniciais

• Este tipo de custos refere-se aos custos necessários paraa compra e instalação de equipamentos e obras deconstrução civil, necessárias ao arranque do sistema.Enquanto que nas restantes parcelas os custos associadosa equipamentos electromecânicos são dominantes, nesteo seu valor relativo pode vir diluído com o valor daconstrução civil. Este facto pode originar a que sejamenosprezada a sua importância final nos custos globais.

• É determinante para estes custos o diâmetro das tubagense acessórios, a qualidade e fiabilidade do sistema seleccio-nado, os materiais utilizados, o seu comportamentocom o fluido bombeado, os empanques instalados, os controlos integrados, etc. Estes detalhes, entre outros,podem originar custos iniciais mais elevados mas redu-zirem o CCV de uma forma considerável.

• Os custos iniciais incluem geralmente os seguintes itens:

• Serviços de Engenharia (estudos, projecto, desenhos,especificações etc.);

• Processo de aquisição;

• Construção civil;

• Inspecção e testes;

• Peças de reserva;

• Formação;

• Equipamentos auxiliares para sistemas de vedaçãoou arrefecimento.

Custos de instalação e ensaios

• Os custos de instalação e ensaios (arranque) incluem osseguintes itens:

• Fundações (projecto, preparação, betão etc.);

• Ligações de tubagens de processo;

• Ligações eléctricas e de instrumentação;

• Ligações a sistemas auxiliares;

• Avaliações e regulações no arranque.

• Uma instalação completa dos equipamentos electro-mecânicos envolve requisitos de operação e manutençãoque serão assegurados por pessoal com formação paraoperar o sistema.

• Os ensaios requerem uma especial atenção às instruçõesdo fabricante para a execução do arranque e operação.Deverá ser seguida a lista de verificações proposta pelofabricante de modo a assegurar que os equipamentos e osistema possam operar dentro de parâmetros específicos.

( )mc

HQkWP

ηηγ

×××=

em que:

Logo, a energia será:

(3)

• Os custos energéticos de serviços auxiliares tambémdevem ser incluídos. Estes custos podem ser referentes acircuitos de aquecimento ou arrefecimento de fluidos deprocesso. Nestes casos devem ser incluídos os custos dofluido, filtragem, circulação e/ou dissipação de calor etc.

• Os métodos de cálculo da energia são relativamentesimples quando a bomba é utilizada num único ponto defuncionamento. A situação torna-se mais complexa combombas em funcionamento paralelo ou se a bomba forutilizada com um conversor de frequência. No funciona-mento paralelo, deverão ser efectuados cálculos separadospara os vários pontos de funcionamento, aproximandoem seguida os volumes bombeados ou horas de funcio-namento relativos a cada um destes. Uma bomba comconversor de frequência tem um número infinito de pontosde funcionamento. Outro factor de incerteza para o cálculodo consumo de energia de bombas com conversor defrequência é o facto do rendimento geral do sistema serdifícil de calcular com exactidão.

Custos de operação

• Os custos de operação são os associados à mão-de-obrarelacionados com a operação do sistema. Estes podemvariar muito dependendo da complexidade e funçãodo sistema. Por exemplo uma bomba instalada em ambi-entes corrosivos pode requerer verificações diárias,

( )

motor do Rendimento

bomba da Rendimento

.. amanométric Altura

Caudal

3 líquido do específico Peso

Potência

3

−−−−

−−

m

c

a)c(mH

/s) (mQ

)(kN/m

kWP

ηη

γ

( ) ( ) ( )

∫ ×××=

1t

t mco

dttHtQ

kWhEηη

γηc(t) x ηm(t)

96

enquanto um sistema semelhante com outro fluido podeapenas necessitar de supervisões limitadas. Uma análiseperiódica das condições de funcionamento do sistema podealertar os operadores para eventuais perdas de desem-penho do sistema. Os indicadores de desempenho incluemalterações em vibrações, temperaturas, ruído, consumoenergético, gamas de caudais, pressão etc.

Custos de manutenção e reparação

• O alcance da longevidade esperada para uma bomba,requer uma manutenção regular e eficiente. O fabricanteaconselhará a frequência e a natureza da manutençãoperiódica. Os custos dependem do tempo e da frequênciado serviço, mas também dos custos dos materiais. Oprojecto pode influenciar estes custos por indicaçãoespecífica de alguns materiais, selecção dos componentese mesmo da facilidade de acesso aos componentes aserem intervencionados.

• O programa de manutenção pode ser cumprido commenor frequência mas com maior atenção aos detalhesou com maior frequência mas com intervenções maissimples. As maiores actividades requerem frequente-mente a remoção da bomba do local de instalação para asoficinas. Durante esse tempo a unidade está indisponívelpodendo haver perda total na produção ou um custode substituição temporária. Estes custos podem serminimizados por uma programação cuidada e atempadada paragem.

• O custo total da manutenção de rotina é o resultado doproduto dos custos por intervenção pelo número de inter-venções esperadas durante o ciclo de vida da bomba.

• Embora as avarias não possam ser previstas, podem serestimadas estatisticamente pelo cálculo do tempo médioentre avarias.

Custos de paragens e perdas de produção

• O custo de paragens imprevisíveis e de perdas de produ-ção podem ser uma parcela muito significativa no valorCCV e pode rivalizar com os custos energéticos ou com oscustos de peças de substituição. Na maior parte das vezesos custos de paragem são inaceitáveis por representaremcustos superiores à instalação de um equipamento desubstituição ou reserva. Se for utilizado um equipamentode reserva, o custo inicial será mais elevado mas os custosde manutenção não programada incluirão apenas oscustos da reparação.

• O custo de perda de produção ou de indisponibilidadepodem ser considerados dependente do tempo de para-gem e devem ser analisados para cada caso específico.

Custos ambientais

• O custo da destruição de fluidos contaminantes duranteo tempo de vida de um sistema de bombeamento variabastante dependendo da natureza do produto bombeado.Exemplos de contaminação ambiental podem incluir:destruição da caixa do empanque, bombeamento de


produtos corrosivos, uso de peças contaminadas etc. Oscustos de infracção ambiental deverão ser incluídos, sob orisco de representarem externalidades.

Custo de desmontagem e desmantelação

• Na maioria dos casos, o custo da desmantelação de umsistema de bombeamento tem pequenas variações emrelação a diferentes concepções. Existem procedimentoslegais e regulamentares para líquidos tóxicos, radioac-tivos ou qualquer outro tipo agressivo. Quando a destruiçãotem um custo demasiado elevado, o CCV torna-se particu-larmente sensível à vida útil do equipamento.

Custos totais do ciclo de vida

• Os custos estimados para as várias parcelas depois desomadas permitem uma comparação das diferentessoluções analisadas.

• Existem também factores financeiros a serem tomadosem consideração no desenvolvimento do CCV. Estesincluem:

• Preços actuais da energia;

• Actualização do valor anual da energia;

• Taxa de inflação;

• Taxa de juros;

• Vida útil esperada para o equipamento.

Adicionalmente o utilizador deve decidir quais os custosa incluir, tais como a manutenção, paragens, ambiental,destruição e outros custos importantes.

5.5 Implementação da metodologia

5.5.1 Na fase de projectoA concepção e o projecto do sistema serão sempre o elementomais importante na minimização do CCV. O projecto deveconsiderar a interacção entre a bomba e o resto do sistemae o cálculo do ponto de operação do sistema. As caracterís-ticas da tubagem do sistema devem ser calculadas a fimdeterminar o desempenho requerido da bomba. Isto aplica-sequer a sistemas simples quer a sistemas mais complexos.

Será importante analisar a sensibilidade ou adaptabilidadedo sistema escolhido a situações diferentes das previstasno projecto. Por exemplo, nos sistemas de distribuição deágua doméstica existe a incerteza do crescimento popula-cional, da sua capitação ou mesmo da taxa de ligação aolongo do tempo. Um sistema mais flexível na exploraçãopode apresentar uma mais valia acrescida.

Os custos de aquisição e os custos operacionais totalizam ocusto total de uma instalação durante sua vida, estandodirectamente dependentes do diâmetro da tubagem edos restantes componentes do sistema. Uma quantidadeconsiderável das perdas da energia no sistema são devidasàs perdas de carga contínua, mas também às verificadasem singularidades.

97


5.5.2 Aplicação a sistemas existentesAs seguintes etapas indicam algumas tarefas que podemidentificar pontos onde poderá ser possível melhorar umsistema de bombeamento existente:

• Realizar um inventário completo do sistema debombeamento;

• Determinar os fluxos requeridos para cada carga nosistema;

• Equilibrar o sistema para encontrar os diferentesfluxos e cargas requeridas;

• Avaliar as perdas de carga no sistema;• Efectuar mudanças à bomba para minimizar a carga

no sistema;• Identificar bombas com custo de manutenção

elevado. Dois métodos podem ser usados na análise de sistemas debombeamento existentes. O primeiro consiste em observaras condições de operação do sistema "in-situ", e o segundoconsiste em executar cálculos usando as equações damecânica dos fluidos. O primeiro método confia em obser-vações efectuadas no sistema (pressões, pressões diferenciais,e caudais), enquanto que no segundo cria-se um modelomatemático, tão exacto quanto possível do sistema edepois simulam-se as pressões e os caudais dentro domodelo. Os dois modelos não são incompatíveis, mascompletam-se.

Observar o sistema permite ver como o sistema se comporta,mas as exigências operacionais do sistema limitam oâmbito da experimentação. Desenvolvendo um modelo dosistema, podem-se facilmente simular várias alternativasdo sistema, mas antes o modelo deve ser validado paraassegurar que representa exactamente o sistema que seestá a estudar. Não obstante o método usado, o objectivoé ficar com uma ideia exacta de como as várias partes dosistema operam e identificar onde as melhorias podem serfeitas e o sistema optimizado.

A seguinte lista de verificações fornece alguns tópicosúteis para reduzir o Custo do Ciclo de Vida de um sistemade bombeamento existente:

• Considerar todos os itens com custos relevantes noCusto do Ciclo de Vida;

• Escolher bombas e sistemas novos usando conside-rações do CCV;

• Optimizar o custo total considerando custos opera-cionais e custos de aquisição;

• Considerar a duração dos diferentes pontos defuncionamento da bomba;

• Combinar o equipamento às necessidades dosistema para o máximo rendimento;

• Combinar o tipo da bomba à solicitação pretendida;• Não sobredimensionar a bomba;• Especificar motores de elevada eficiência;• Avaliar a eficácia do sistema;• Monitorizar a bomba e o sistema;• Considerar a energia desperdiçada em válvulas de

controlo;• Optimizar a manutenção preventiva;• Seguir as normas do fabricante.

O diâmetro da tubagem deve então ser seleccionado combase nos seguintes factores:

• Economia da instalação (bombas e sistemas);

• Utilização de velocidades económicas,

• Considerar um diâmetro interno mínimo quando setransportam líquidos com sólidos;

• Considerar uma velocidade máxima de modo a mini-mizar a erosão na tubagem e acessórios;

• Considerar diâmetros padrão da tubagem em insta-lações semelhantes.

Diminuir o diâmetro das tubagens tem os seguintesefeitos:

• diminuem os custos de aquisição de tubagens eacessórios da instalação;

• aumentam os custos da instalação da bomba e deoperação em consequência do aumento de perdasde carga, resultando a necessidade de motores commaior potência;

• aumentam os custos de energia eléctrica;

• aumentam os custos de operação em consequênciado maior consumo energético devido ao aumentode perdas por atrito.

Analogamente, alguns custos aumentam com tamanhocrescente da tubagem como por exemplo os de aquisição,mas outros diminuirão. As tubagens devem assim serdimensionadas por critérios de minimização dos custosglobais.

O ponto de funcionamento de um sistema é determinadopela intersecção da curva da instalação e da curva carac-terística do equipamento de pressurização como mostradoem Figura 3.

Fig. 3 - Ponto de funcionamento de um sistema

Um sistema pode necessitar de operar em diversos pontosde funcionamento, um dos quais determinará a escolhada bomba. Deve ser considerado com atenção a duraçãoprevista para os diferentes pontos de funcionamento demodo a seleccionar correctamente o número de bombasa instalar e o comando e controlo. Os longos e fastidiososcálculos associados ao cálculo das perdas de carga podemhoje, graças à capacidade de processamento, ser substituídospor programas informáticos, facilitando significativamenteo processo de cálculo.

98


5.6 Exemplos de aplicação do Custo doCiclo de Vida

5.6.1 Sistema de bombeamento existentecom uma válvula de controlo de caudal

Neste exemplo, um circuito de bombeamento transportaum líquido contendo alguns sólidos de um tanque dearmazenamento para um tanque pressurizado. Um permu-tador de calor aquece o líquido, e uma válvula de controloregula o caudal no tanque pressurizado a 80 m3/h. Na figuraseguinte apresenta-se um esquema simplificado do sistema.

Fig. 4 - Sistema de bombeamento estudado

O sistema apresenta problemas na válvula de controlo (VC)que falha devido à erosão causada pela cavitação. A válvulatem apresentado avarias a cada 10 a 12 meses com umcusto médio de 4 000 EUROS por reparação. Está a ser consi-derada a substituição da válvula existente por outra quepossa resistir à cavitação. Antes da troca da válvula decontrolo, foram consideradas outras opções e executadauma análise de custo do ciclo de vida às soluções alternativas.

De modo a equacionar várias alternativas analisou-se o actualfuncionamento do sistema. Verificou-se que a válvula decontrolo opera actualmente com uma abertura de 15 - 20%e com um considerável ruído de cavitação. Parece que aválvula não se encontra correctamente adaptada à insta-lação. Após a revisão dos cálculos do projecto, descobriu-seque a bomba instalada estava sobredimensionada (110 m3/hem vez de 80 m3/h previstos), originando uma maior perdade pressão através da válvula de controlo do que inicial-mente estimado. Em consequência do grande diferencial depressão, a válvula apresenta danos de cavitação em inter-valos regulares, demonstrando que a válvula instalada nãoé apropriada para este processo.

As seguintes opções foram estudadas:

a) Substituir a válvula de controlo de modo a suportar ogrande diferencial de pressão;

b) Alterar o impulsor da bomba para reduzir a altura mano-métrica;

Reservatório

Bomba Permutadorde Calor

ReservatórioPressurizado

Válvulade Controlo

c) Instalar um Variador de Frequência (VF), e remover aválvula de controlo;

d) Manter o sistema actual, admitindo uma reparaçãoanual da válvula.

Na figura 5 são apresentados os pontos de funcionamentoassociados a cada uma das soluções.

Fig. 5 - Pontos de funcionamento de cada alternativa estudada.

A substituição da válvula de controlo apresenta um custode aquisição e instalação de 5000€.

Alterando o diâmetro do impulsor para 375 milímetros, acarga total da bomba é reduzida a 42.0 m e 80 m3/h. Estaperda de pressão reduz a pressão diferencial através daválvula de controle em 10 m, aproximando a válvula doponto para que foi projectada. O custo de energia anualcom o impulsor menor é 6 720 € por o ano, aos quais deveser acrescentado 2 250 € para alterar o impulsor, valor queinclui o custo de desmontar e remontar a bomba.

Um variador de frequência de 30 kW tem um custo de20 000 €, acrescidos de 1 500 Euros adicionais para a insta-lação e 500 € anuais para manutenção. Espera-se que nãoseja necessário nenhuma reparação nos 8 anos seguintes.

Mantendo o sistema inalterado resultará num custo anualde 4 000 € para reparação da válvula.

Na análise do CCV efectuada utilizaram-se os seguintescritérios e suposições:

• O preço de energia actual é actualmente 0.08 €/kWh e aeficiência do motor de 90%;

• O processo é operado em 80 m3/h em 6.000 horas/ano;

• O custo anual para a manutenção periódica das bombasé de 500 € por ano, com um custo da reparação de 2 500 €cada segundo ano;

• Considerou-se o custo anual de manutenção periódica deum variador de frequência de 500 €/ano.

• Não há nenhum custo de eliminação ambiental associada;

• Este projecto tem uma vida de 8 anos;

• A taxa de juro foi de 8% e uma taxa de actualização de4% é esperado.

Os cálculos do Custo do Ciclo de Vida para cada uma dasquatro opções são resumidos no Quadro 1.

99


Investimento inicial (€)

Custo da energia (€/kWh)

Potência média absorvida (kW)

Horas por ano

Custo de energia (€)

Custos de manutenção (€)

Custos de reparação (cada 2 anos) (€)

Outros custos anuais (€)

Custos ambientais (€)

Custos de desmantelação (€)

Vida útil (anos)

Taxa de juro (%)

Taxa de actualização (%)

Valor de CCV (€)

5.000

0,08

23,1

6.000

11.088

500

2.500

-

-

-

8

8

4

91.827

2.250

0,08

14,0

6.000

6.720

500

2.500

-

-

-

8

8

4

59.481

21.500

0,08

11,6

6.000

5.568

1 000

2.500

-

-

-

8

8

4

74.313

0

0,08

23,1

6.000

11.088

500

2.500

4.000

-

-

8

8

4

113.930

Alternativa A Alternativa B Alternativa C Alternativa D

QUADRO 1 - CUSTOS DE CICLO DE VIDA (CCV) DAS VÁRIAS SOLUÇÕES ESTUDADAS

A opção B, alterar o impulsor, tem o Custo do Ciclo de Vidamais baixo e apresenta-se como a solução economica-mente mais favorável, com base nos pressupostos apresen-tados.

5.6.2 Escolha do sistema de pressurizaçãona fase de projecto

Neste exemplo será analisado o Custo do Ciclo de Vida paradiferentes sistemas de pressurização a um edifício de habi-tação. De modo a simplificar a análise considera-se que osistema de pressurização será alimentado directamente deum reservatório com nível constante onde a água é mantidaà pressão atmosférica.

Para garantir a pressão residual mínima, com um caudalde ponta de 18,6 m3/h, a altura manométrica deverá serde 5.0 Bar.

Foram comparadas as seguintes soluções:

a) Elevar a água para um reservatório superior, o qualabastecerá graviticamente toda a rede doméstica;

b) Instalar uma central hidropneumática de velocidadefixa;

c) Instalar uma central hidropneumática de velocidadevariável.

a) Elevar a água para um reservatório superior

Nesta opção, deverá ser instalado um reservatório superiora uma cota que permita uma pressão residual, no aparelhomais desfavorável.

Existe portanto um único ponto de funcionamento como édemonstrado na figura seguinte:

Fig. 6

O funcionamento do sistema de pressurização funcionará,por ciclos, em função do volume do reservatório superior.No final de um ciclo (diário, semanal ou mensal) o volumede água elevado será igual ao volume de água consumido.

Para este sistema optou-se pela instalação de duas bombasdo tipo "CR 15-5", cujas parcelas do CCV são apresentadasno quadro 3.

AlturaManométrica

Caudal

100


b) Instalar uma central hidropneumática de velocidadefixa;

Nesta solução, a pressurização será realizada por ciclos,entre a pressão máxima e mínima (estabelecida em funçãodo caudal provável e a pressão residual no aparelho maisdesfavorável). Consequentemente o caudal na rede variaráentre os valores estabelecidos para arranque e paragemdos grupos.

Neste sistema existe um conjunto de pontos de funciona-mento, ao longo da curva característica da bomba. Assim,existe uma variação nos caudais bombeados, conforme éapresentado na figura 7.

Optou-se pela instalação de uma central hidropneumáticade velocidade fixa do tipo "Hydro 1000" composta por trêsbombas "CR 10-7".

Os ciclos de funcionamento estão muito dependentesdo consumo dos caudais na rede. Na análise de custos considerou-se o seguinte perfil de carga:

QUADRO 2 - PERFIL DE CARGA CONSIDERADO

Os valores do CCV são resumidos no quadro 3.

Fig. 7

c) Instalar uma central hidropneumática com variador defrequência, junto ao reservatório inferior

Neste sistema, embora de funcionamento mais simples,a análise do sistema é mais complexa uma vez que o bombeamento será directamente efectuado para a redede distribuição, acompanhando portanto as flutuações de caudais verificados nesta.

Caudal (%Qp)

1 2 3 4 5

100 75 55 35 12

100 100 100 100 100

150 300 450 900 1500

Pressão (%Pmáx)

Tempo (h)

Nas figuras seguintes são apresentadas as possíveis altera-ções às curvas características da bomba e da instalação,relativamente às situações anteriores.

Em primeiro lugar, para a mesma altura geométrica, a curvacaracterística da instalação variará por aumento do caudal(Fig 8a).

Por outro lado, existindo por vezes desfasamento entre osconsumos dos aparelhos de diferentes pisos, há variação dotermo independente do caudal (a altura geométrica), logo acurva característica da instalação varia conforme é demons-trado na figura 8b.

Há ainda a considerar que num sistema desta natureza, avelocidade de rotação da bomba pode variar, logo a curvacaracterística da bomba toma as formas apresentadas nafigura 8c.

É assim possível responder a uma grande variabilidade desituações. O sistema de pressurização consegue assim satis-fazer um grande número de solicitações ou leis de consumo,dentro dos limites impostos pelo equipamento electro-mecânico e pela instalação. Na figura 8d é apresentadoa gama de pontos de funcionamento admitida por estesistema. Trata-se portanto de um sistema com grandeflexibilidade.

Os gastos de energia são mais difíceis de estimar porque avariabilidade real dos caudais também o é. No presenteexemplo foi estimado o mesmo perfil de carga definidopara o sistema anterior. Trata-se de uma simplificaçãoconservativa uma vez que em muitas situações o consumode energia será inferior ao simulado.

Fig. 8 - Curvas características

Fig. 9

b)

101


Na análise do CCV efectuada utilizaram-se os seguintescritérios e suposições:

• Os custos dos equipamentos electromecânicos sãovalores médios de mercado.

• O preço de energia actual é 0.08 €/kWh.

• Foi desprezado o custo da energia a diferentes horas do dia.

• O custo anual para reparação das bombas é de 500 € porano. Os custos anuais de manutenção para as alternativasA e B são de 500 € e 400 € para a alternativa C.

• Não há nenhum custo de eliminação ambiental associada.

• Este projecto tem uma vida de 20 anos.

• A taxa de juro e a taxa de actualização foram conside-

radas iguais a 3,5%;

• Não foram considerados os custos associados à cons-

trução do reservatório superior.

Os cálculos do Custo do Ciclo de Vida para cada uma das

quatro opções são resumidos no quadro 3.

Investimento inicial (*)(€)

Custo da energia (€/kWh)

Consumo de energia (kWh/ano)

Custo de energia (€/ano)

Custos de manutenção (€/ano)

Custo médio de reparação (€/ano)

Outros custos anuais (€)

Custos ambientais (€)

Custos de desmantelação (€)

Vida útil (anos)

Taxa de juro (%)

Taxa de actualização (%)

Valor de CCV (€)

5.990 + 2.000

0,08

5.655

452,4

500

500

-

-

-

20

3,5

3,5

37.038

5.900

0,08

8.066

654,3

500

500

-

-

-

20

3,5

3,5

38.806

9.850

0,08

6.154

492,32

400

500

-

-

-

20

3,5

3,5

37.696

Alternativa A(*) Alternativa B(**) Alternativa C(***)

QUADRO 3 - CUSTOS DO CICLO DE VIDA (CCV) DAS VÁRIAS SOLUÇÕES ESTUDADAS

(*) - "2xCR 15-5"; (**) -"Hydro 1000 C/S 3xCR 10-7"; (***) - "Hydro 2000 ME 3xCR 10-6"

Nesta análise pode-se contactar que, com base nos dados e pressupostos utilizados, a alternativa C apresenta os maiorescustos de primeiro investimento mas os menores em energia e manutenção. Situação inversa é verificada na alternativa B.Embora não tenha sido considerado no presente cálculo, a alternativa A pode apresentar problemas associados à exequibi-lidade da construção do reservatório à cota pretendida, de salubridade e de sobrecarga na estrutura do edifício.

Pode-se ainda verificar que a parcela energia não é desprezável no valor final do CCV, uma vez que assume valores entre a mesmaordem de grandeza do investimento inicial (alternativa C) e o dobro do investimento inicial (alternativa B). Relativamente aosvalores do CCV, os gastos de energia representa 24%, 33% e 26% para as alternativas A, B e C, respectivamente.

102



Europump, Hydraulic Institute, US Department of Energy,"Pump life cycle costs: A guide to LCC analysis for pumpingsystems', 2000. (ISBN 1-880952-58-0)

European Commission, "Study on improving the energyefficiency of pumps", February 2001

European Commission - SAVE, "Study on improving theefficiency of pumps", 2001.

Stoffel, B. and Lauer, J., "Theoretically attainable efficiencyof centrifugal pumps", VDMA project - Final report,Technical University of Darmstadt, 1994.

Fuller, Sieglinde K., Petersen, Stephen R. "Life-cycle costingmanual", Federal Energy Management Program, 1995

103

Sistemas de Pressurização Grundfos

6. SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO GRUNDFOS

Autor: Florindo MaiaDirector de Apoio a ProjectistasBombas Grundfos Portugal

105


Modo de funcionamento

No acto da instalação deve-se proceder à regulação dopressóstato em função da pressão de arranque e paragempretendida.

Não existindo consumo de água, o grupo electrobomba nãofunciona dado que o depósito está com uma reserva deágua, e consequentemente o sistema está sobre pressão.

Havendo necessidade de consumo, será a reserva de águaexistente no depósito sob pressão que fornecerá esta até à pressão de arranque do grupo electrobomba. O grupoelectrobomba funcionará para que o depósito seja novamenteenchido até atingir a pressão de paragem pré-regulada.

Código de identificação

6.2.1.2 Sistema Hydro 100 HM

Constituição

Este sistema hidropneumático é constituído por 2 ou maisgrupos electrobomba montados numa base comum, tendouma válvula de seccionamento e retenção por grupo electro-bomba, colector de compressão comum, pressóstatos (umpor grupo electrobomba), manómetro, quadro eléctrico,depósito de membrana.

Diagrama de princípio

6.1 Introdução

Neste capítulo apresentamos as várias soluções práticascom que os sistemas de pressurização são comercializadospela Grundfos, integrando uma ou mais electrobombas, nasversões de velocidade fixa e velocidade variável.

Os sistemas de pressurização, constituem um conjuntocompacto e caracterizam-se por incorporar electrobombase todos os componentes de controlo, de potência e hidráu-licos que permitem o seu funcionamento integral.

Os controlos diferenciam os vários sistemas de pressuri-zação permitindo ajustá-los às exigências da instalação,obtendo-se diferentes níveis de eficiência e fiabilidade deexploração.

Nos exemplos apresentados são sempre referidas as electro-bombas multicelulares verticais CR ou CRE, com variação develocidade integrada, podendo porém ser utilizados outrostipos de electrobombas de superfície ou submersíveis.

6.2 Sistemas de pressurização com gruposelectrobomba de velocidade fixa

6.2.1 Sistema Hydro 100

6.2.1.1 Sistema Hydro 100 HP

Constituição

É constituído por um grupo electrobomba montado numabase, incluindo válvula de retenção, manómetro, pressóstato,acessório de intersecção e depósito de membrana, podendocomo opcional ser equipado o quadro eléctrico e respectivosuporte de fixação.


Depósito de Membrana

Válvula deSeccionamento

Válvula deRetenção

Limite de fornecimentoVálvula de pesca

Pressóstato Manómetro

Contactor

Grupoelectrobomba

Hydro100 HP CR5-8 80

Gama

Grupo hidropneumático

Tipo grupo electrobomba

Capacidade do depósito

Simbologia

DEPÓSITO

VÁLVULA DE RETENÇÃO

VÁLVULA DE SECCIONAMENTO

COLECTOR

TUBAGEM QUADRO ELÉCTRICO

CABOS ELÉCTRICOS

MANÓMETRO

PRESSÓSTATO

106


Modo de funcionamentoO depósito de membrana fornece água a consumir desdeque os grupos electrobomba estejam parados.

Após a pressão descer abaixo do valor mínimo, o primeirogrupo electrobomba entra em funcionamento. Se o consumode água continuar a aumentar, mais grupos electrobombaarrancam em cascata até conseguirem fornecer o caudalnecessário para manter a pressão dentro do intervalo regulado.

Quando o consumo de água diminuir, a pressão na descargaaumentará e o controlador após receber esta informaçãodo pressóstato, dará ordem de paragem dos grupos electro-bomba.


6.2.1.3 Sistema Hydro 100 HS

Constituição

Este sistema hidropneumático é constituído por 2 ou maisgrupos electrobomba, montados numa base comum, tendouma válvula de seccionamento e retenção por grupo electro-bomba, colector de compressão comum, pressóstatos (umpor grupo electrobomba e compressor de ar), manómetro,quadro eléctrico, reservatório de água sem membranaequipado com sistema de controlo de nível.



Este sistema efectua o sistema de arranque e paragem porintermédio da regulação dos pressóstatos em sistemade cascata. Assim que haja consumo de água, o primeiroabastecimento é efectuado pelo reservatório.

Quando a pressão baixa até ao ponto de regulação, um dos grupos electrobomba arranca, se o consumo de águacontinuar a aumentar, os restantes grupos electrobombaentram em funcionamento, em sequência (um a um).

Ao reduzir o consumo de água, a pressão de descarga sobee os grupos electrobomba são desligados em sequênciainversa, assim que atingem as respectivas pressões de paragem.

O compressor arranca quando solicitado, apenas quandoum dos grupos electrobomba começar a funcionar e sejadetectado nível mínimo no reservatório, parando assim queatinja a pressão pretendida.



6.2.2.1 Sistema Hydro 1000 CS

Constituição

É constituído por dois a quatro grupos electrobomba verti-cais CR, montados em paralelo sobre uma base comum,tendo uma válvula de seccionamento, e de retenção porgrupo electrobomba, colector de compressão comum,pressóstatos, manómetros, quadro eléctrico completo comunidade electrónica CS 1000 e depósito de membrana.

Para além dos grupos electrobomba principais, tambémpoderá funcionar com uma electrobomba de baixo caudalcom um grupo electrobomba auxiliar ( jockey).

Simbologia

GRUPOELECTROBOMBA

RESERVATÓRIO

TUBAGEM COLECTOR

COMPRESSOR

VÁLVULA DE RETENÇÃO DE AR

VÁLVULA DE SEGURANÇA

VÁLVULA DE SECCIONAMENTO

VÁLVULA DE RETENÇÃO MANÓMETRO

PRESSÓSTATO

PORTA ELÉCTRODO

VISOR DE NÍVEL

CABOS ELÉCTRICOS

QUADRO ELÉCTRICO

Hydro100 HS 2 CR32-5 1500

Gama

Central com reservatório

N.º de grupos electrobomba

Tipo de grupo electrobomba

Capacidade reservatório

Hydro100 HM 2 CR5-10 80

Gama

Central com depósito

N.º de grupos electrobomba

Tipo do grupo electrobomba

Capacidade do depósito

107


Três grupos electrobomba em funcionamento.

A central Grundfos Hydro 1000 mantém a pressão pratica-mente constante através da activação ou desactivação degrupos electrobomba, dependendo das necessidades.

O controlador CS 1000 altera a ordem de arranque após aparagem dos grupos electrobomba. Desta forma o tempode funcionamento é distribuído entre os grupos electro-bomba.



6.2.3.1 Sistema Hydro 2000 MS

Constituição

O sistema de pressurização Hydro 2000 é constituído por 2a 6 grupos electrobomba CR em paralelo montados numabase comum, providos com todos os acessórios necessáriose quadro eléctrico de comando com Controlo 2000.




Quatro grupos electrobomba iguais controlados através depressóstatos e um depósito de membrana.

Um grupo electrobomba em funcionamento.

HYDRO 1000 CS 3 CR10-6 300

Tipo

Controlo arranque/paragem

Número de grupos electrobomba

Tipo de grupos electrobomba

Capacidade depósito

GRUPOELECTROBOMBA

TRANSDUTOR DEPRESSÃO

VÁLVULA DERETENÇÃO

VÁLVULA DESECCIONAMENTO

MANÓMETRO

GRUPO ELECTROBOMBA

TRANSDUTORDE PRESSÃO

VÁLVULA DE RETENÇÃO

MANÓMETRO


108



Quatro grupos electrobomba idênticos com controlo porarranque/paragem, através dos contactores-arrancadorese depósito de membrana.



A central supressora Hydro 2000 MS mantém uma pressãoquase constante, através do comando, ligando ou desligandoos grupos electrobomba, conforme as necessidades.

A alternância de funcionamento dos grupos electrobombaé automática, e depende da carga, período de tempo ou deavaria.

A pressão de paragem (Hstop) não pode ser configurada, pelofacto de ser determinada automaticamente.

6.2.3.2 Hydro 2000 MSH

Constituição

O sistema de pressurização Hydro 2000 MSH é constituídopor 2 a 6 grupos electrobomba, sendo um grupo electro-bomba auxiliar com 50% de capacidade dos gruposprincipais.


Modo de funcionamentoUm grupo electrobomba auxiliar com 50% da capacidadede um grupo electrobomba principal, três grupos electro-bomba principais idênticos, com controlo por arranque--paragem através dos contactores-arrancadores, depósitode membrana.

Um grupo electrobomba com 50% da capacidade do grupoelectrobomba principal, em funcionamento.

Um grupo electrobomba principal e um grupo electro-bomba auxiliar com 50% da capacidade do grupo electro-bomba em funcionamento.

GRUPOELECTROBOMBA




MANÓMETRO

109



6.3 Sistemas de pressurização comgrupos electrobomba de velocidade variável

6.3.1 Sistema Hydro Solo E

Constituição

É constituído por um único grupo electrobomba da gamaCRE, com sistema de variação de velocidade incorporado nacaixa de controlo integrada no motor, interruptor de cortegeral, transdutor de pressão, manómetro, válvula deretenção e seccionamento na compressão e depósito demembrana assente sobre uma base de inox.

Hydro 2000 MSH 2 CR 20-6 + CR 10-12 PMU 80 L

Tipo de central

Subgrupo:MS - MSH

Número de grupos electrobomba principais

Tipo de grupo electrobomba principal

Número de grupos electrobomba auxiliares

Tipo de grupo electrobomba auxiliar

Painel de controlo do Controlo 2000:

PMU: PMU 2000

PFU: PFU 2000

Depósito de membrana / Capacidade

GRUPOELECTROBOMBA



VÁLVULA DEISOLAMENTO

MANÓMETRO

A central supressora Hydro 2000 MSH, mantém umapressão quase constante, através do comando ligando oudesligando o grupo electrobomba auxiliar dos gruposelectrobomba principais, dependendo das necessidades.

O grupo electrobomba auxiliar arranca sempre em primeirolugar e pára quando um grupo electrobomba principal entraem funcionamento.

A alternância entre os grupos electrobomba principais éautomática e depende da carga, período de tempo ou deuma avaria.

A pressão de paragem (Hstop) não pode ser configurada, pelofacto de ser determinada automaticamente.


110



Definida a pressão de ajuste na caixa de controlo, o grupoelectrobomba irá adaptar a sua velocidade ao consumo deágua requerido, mantendo uma pressão constante.

Quando o transdutor de pressão detecta um valor abaixodo requerido (setpoint) a velocidade do grupo electrobombaaumenta até ao valor pretendido fazendo variar a pressãonum valor de 0,5 ∆H acima, parando de seguida.

Para um valor 0,5 ∆H abaixo do setpoint, a electrobombaarranca satisfazendo o consumo.

Para pequenos consumos (caudais reduzidos, fugas, etc.)será o depósito de membrana que suprirá estas necessi-dades evitando arranques, aumentando assim o rendimentodo sistema.

O valor ∆H é cerca de 10% do setpoint.


6.3.2 Sistema Hydro 2000 E

Constituição

O sistema de pressurização Hydro 2000 E consiste em 2 a 6grupos electrobomba CRE/CR em paralelo, montados embase comum, providos com todos os acessórios necessáriose quadro eléctrico de comando com controlo 2000.



- Hydro 2000 ME

Três grupos electrobomba idênticos com motores MGE edepósito de membrana.



GRUPOELECTROBOMBA




MANÓMETRO

PRESSÃO DE PARAGEM

PRESSÃO DE ARRANQUE

∆H

Exemplo Hydro Solo-E CRE 5-8 1 x 200-240 V

Gama

Subgrupo

Tipo de grupo electrobomba

Tensão

111


A alternância dos grupos electrobomba é automática edepende da carga, do tempo e de avarias.

- Hydro 2000 MES

Um grupo electrobomba com motor MGE, dois ou trêsgrupos electrobomba principais com controlo arranque//paragem e depósito de membrana.

Um grupo electrobomba com motor MGE e depósito demembrana em funcionamento.

Um grupo electrobomba com motor MGE e dois gruposelectrobomba controlados por arranque/paragem em funcionamento.

A central supressora Hydro 2000 MES mantém uma pressãoconstante através da variação de velocidade com motorMGE, enquanto os restantes grupos electrobomba são controlados por arranque/paragem, conforme as necessi-dades, alcançando deste modo um desempenho correspon-dente ao consumo.

- O grupo electrobomba auxiliar com motor MGE arranca sempre em primeiro.

- A alternância dos grupos electrobomba é automática edepende da carga, do período de tempo e de avarias.

A central supressora Hydro 2000 ME mantém uma pressãoconstante através da variação de velocidade dos gruposelectrobomba ligados.

O funcionamento do sistema é regulado de acordo com asnecessidades, através do ligar/desligar dos grupos electro-bomba e do controlo paralelo dos grupos electrobomba emfuncionamento.

A alternância dos grupos electrobomba é automática edepende da carga, período de tempo e de avarias.

- Hydro 2000 MEH

Dois grupos electrobomba com motores MGE, com 50%da capacidade do grupo electrobomba principal, um ou doisgrupos electrobomba principais com controlo arranque//paragem e depósito de membrana.

Um grupo electrobomba auxiliar de 50% da capacidadecom motor MGE em funcionamento.

Um grupo electrobomba auxiliar com motor MGE e grupoelectrobomba principal em funcionamento.

A central supressora Hydro 2000 MEH, mantém uma pressãoconstante através da variação de velocidade dos dois gruposelectrobomba auxiliares com motores MGE, enquanto ogrupo electrobomba principal é controlado através dearranque/paragem.

O grupo electrobomba auxiliar com motor MGE é sempre oprimeiro a arrancar.

112


6.3.3 Sistema Hydro 2000 F

Constituição

O sistema de pressurização Hydro 2000 F é constituído por2 a 6 grupos electrobomba CR em paralelo, montados embase comum, providos com todos os acessórios e quadroeléctrico com controlo 2000 e conversor de frequência.



- Hydro 2000 MF

Quatro grupos electrobomba idênticos e depósito demembrana: um dos grupos electrobomba é controladoatravés do conversor de frequência e os restantes porarranque/paragem por meio de contactores.

Um grupo electrobomba em funcionamento através doconversor de frequência.

Um grupo electrobomba em funcionamento através doconversor de frequência e dois grupos electrobomba quefuncionam através da rede eléctrica (arranque/paragem).

GRUPOELECTROBOMBA




MANÓMETRO


Hydro 2000 MEH 2 CR 45-2 + 2 CRE 32-2 PMU 300 L

Tipo de central

Subgrupo:ME - MEH - MES






PMU: PMU 2000

PFU: PFU 2000


113


Um grupo electrobomba com 50% da capacidade em funcio-namento através do conversor de frequência.

Um grupo electrobomba auxiliar a 50% da capacidade emfuncionamento através do conversor de frequência e umgrupo electrobomba principal que funciona através da redeeléctrica (arranque/paragem).

A central hidropressora Hydro 2000 MFH mantém umapressão constante através da variação contínua de velocidadede um grupo electrobomba de 50% da capacidade e osrestantes grupos electrobomba são através do comando ligado/desligado conforme as necessidades.

O grupo electrobomba auxiliar, controlado através do conversor de frequência, é sempre o primeiro a arrancar.

A alternância dos grupos electrobomba é automática edepende da carga, período de tempo ou de uma avaria.

Código de identificaçãoHydro 2000 MFH 2 CR 45-2 + 2 CRE 32-2 PMU 300 L

Tipo de central

Subgrupo:MF - MFH






PMU: PMU 2000

PFU: PFU 2000


6.4 Teste de sistemasPara mais fácil compreensão das características dos sistemasde pressurização com velocidade variável e velocidade fixa,

no respeitante à evolução da pressão e da potência consu-mida na gama de caudais cobertos pelos sistemas, poder--se-á apreciar nas folhas de teste anexas os diferentescomportamentos registados.

A central hidropressora Hydro 2000 MF, mantém umapressão constante através da variação contínua de um dosdois grupos electrobomba. Os restantes grupos electro-bomba arrancam ou param dependendo das necessidades.

O grupo electrobomba controlado pelo conversor de frequênciaarranca sempre em primeiro lugar.

A alternância dos grupos electrobomba é automática edepende da carga, período de tempo ou de uma avaria.Todos os grupos electrobomba são alternadamente contro-lados através do conversor de frequência.

- Hydro 2000 MFH

Dois grupos electrobomba auxiliares com 50% da capaci-dade de um grupo electrobomba principal, e um ou doisgrupos electrobomba principais. Os dois grupos electro-bomba auxiliares são alternadamente controlados atravésdo conversor de frequência e os dois grupos electrobombasprincipais por comando arranque/paragem.

114


38,7 m3x45 m 3/h

3

50 Hz400 V3x7,5 kW

1/m in.13,8 ºC12,5 ºC

Q H F cos U U U V U W IR IS IT P1(m 3/h) (m ) (Hz) phi (V) (V) (V) (A) (A) (A) (kW )

1 0,0 38,5 50,0 0,90 398,2 400,8 399,7 4,3 4,4 4,1 2,6

2 18,1 38,5 50,0 0,93 397,8 400,5 399,1 6,3 6,5 6,1 4,0

3 44,5 38,4 50,0 0,96 396,7 399,3 397,7 14,9 15,2 15,0 9,9

4 76,8 38,4 50,0 0,96 397,4 399,9 399,1 19,6 19,9 19,7 13,1

5 98,0 38,4 50,0 0,96 397,4 399,6 398,9 25,6 26,1 25,8 17,1

6 126,4 38,4 50,0 0,96 397,0 399,1 399,0 32,3 32,6 32,5 21,5

7 134,0 37,8 50,0 0,96 396,8 398,5 398,5 34,0 34,2 34,1 22,6

8 162,2 29,1 50,0 0,97 396,8 398,7 398,1 35,6 36,2 36,0 23,9

9 168,5 26,8 50,0 0,97 396,7 398,8 398,3 35,8 36,4 36,2 24,0

10

11

12

13

::::Testem unho

N º.

Data

O perador

Bancada de Ensaio

FrequenciaTensãoPotência

H2000 M E3 CRE45-2c/Depósito de 300L

9143D064

Tem peratura Am bienteTem peratura da Água

Caudalnom inalN .ºde Fases

03-03-2005-10:00:01

Veloc.Rotação10148/0507VJ

Tipo de M otorN .ºProduto M otor

Encom enda Fabrica

Codigo Bom ba/Central

Folha de Teste de Centrais

Tipo de Bom ba/Central

N.ºSerie Bom ba/Central

810000023Certificado N .ºClienteEncom enda Cliente

Altura nom inal

0

10

20

30

40

0 25 50 75 100 125 150 175

Q (m 3/h)

H(m

)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

P1

(kW)

Curva da Bom ba Curva dePotência

115


81,6 m3x10 m 3/h

3

50 Hz400 V3x4 kW

1/m in.14,8 ºC13,5 ºC

Q H F cos UU UV UW IR IS IT P1(m 3/h) (m ) (Hz) phi (V) (V) (V) (A) (A) (A) (kW )

1 0,0 80,3 50,0 0,40 398,1 400,0 398,7 0,8 0,8 0,0 0,2

2 12,1 70,7 50,0 0,87 397,0 399,3 397,8 7,2 7,9 7,3 4,4

3 13,6 68,3 50,0 0,87 396,3 398,7 397,5 7,4 8,1 7,6 4,6

4 13,4 67,8 50,0 0,87 396,4 398,5 397,5 7,5 8,0 7,6 4,6

5 14,6 84,5 50,0 0,87 396,0 398,0 397,0 14,8 15,2 15,2 8,9

6 23,1 77,3 50,0 0,86 396,9 399,1 397,7 14,7 15,2 15,1 8,9

7 24,7 69,2 50,0 0,86 396,6 399,2 397,4 14,4 15,2 15,0 8,8

8 25,9 64,4 50,0 0,86 396,7 399,3 398,0 14,3 14,8 14,9 8,6

9 27,2 69,5 50,0 0,86 396,5 399,0 397,7 14,2 14,8 14,8 8,6

10 28,4 71,9 50,0 0,86 396,5 398,9 397,6 21,5 22,0 22,4 13,0

11 36,2 70,8 50,0 0,86 396,7 399,3 397,9 21,3 21,8 22,1 12,8

::::Testem unho

N º.

Data

Operador

Bancada de Ensaio

FrequenciaTensãoPotência

H1000 3 CR10-10 com Depósito de200L

9143A287

Tem peratura Am bienteTem peratura da Água

Caudalnom inalN .ºde Fases

03-03-2005-11:08:08

Veloc.Rotação10053/0504EG

Tipo de M otorN.ºProduto M otor

Encom enda Fabrica

Codigo Bom ba/Central

Folha de Teste de Centrais

Tipo de Bom ba/Central

N.ºSerie Bom ba/Central

810000024Certificado N .ºClienteEncom enda Cliente

Altura nom inal

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Q (m 3/h)

H(m

)

0

1

2

3

4

5

6

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8

9

10

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12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

P1

(kW)

Curva da Bom ba Curva dePotência

117

Sistemas de Controlo, Comunicação e Gestão

7. SISTEMAS DE CONTROLO, COMUNICAÇÃO E GESTÃO

Autor: José DiasDirector de Serviço Pós-VendaBombas Grundfos Portugal

119


7.1 Introdução

Definições:

• O sistema de controlo cumpre o processo que permiteoperar de forma automática o funcionamento dasbombas de um modo seguro e eficaz.

• O sistema de comunicação cumpre o processo peloqual a mensagem é transmitida de modo seguro entreo sistema de controlo e o equipamento accionado.

• A gestão cumpre o processo pelo qual é possível conta-bilizar os diversos parâmetros, custos de exploração,custos de manutenção, controlo e rentabilização deexploração, em termos energéticos e de serviço, entreoutros. Permite ou não efectuar relatórios por formaa ajudar ao melhor aproveitamento das variáveisnecessárias ao processo de funcionamento. Podeelaborar mapas de controlo automáticos, bem comoregisto de avarias ou acontecimentos importantespara optimizar o funcionamento dos equipamentosde bombeamento (bombas, válvulas, aparelhagem demedida e controlo).

7.2 Controlo de sistemas de bombeamento

Cada bomba ou conjunto de bombas, deve efectuar a suafunção de modo aceitável para a sua aplicação. Daí que cadasistema de bombeamento necessita sempre de um conjuntode equipamentos externos às bombas, aplicados em dife-rentes pontos da instalação, de forma a assegurar a opera-cionalidade das bombas de acordo com a metodologiarecomendada. As bombas necessitam por isso sempre deum sistema de controlo, de modo a efectuarem correcta-mente as funções para as quais foram seleccionadas eprojectadas, servindo a necessidade dos utilizadores. Essesistema pode estar inserido num quadro eléctrico de controlo,cumprindo as normas eléctricas nacionais de segurança, ouum controlo interno próprio que desempenhe as mesmasfunções de uma forma eficaz (controlo electrónico integrado).

7.2.1 Controlo por nível

O sistema de controlo por nível requer a utilização deequipamentos eléctricos ou mecânicos, para a indicação oumedida, instalados nos tanques, cisternas, poços ou outroslocais, de modo a operar os equipamentos de bombeamentode uma forma criteriosa e segura, tanto para a instalaçãocomo para os diversos componentes presentes nesteprocesso.

Neste sentido, a selecção e instalação das sondas ou eléctrodosdeve ser cuidadosa, tendo em atenção a localização dainstalação, a operacionalidade dos mesmos, a sua manutençãoe eficiência, entre outros.

A fim de assegurar uma correcta operacionalidade dos sistemas de controlo, devem as sondas e sensores ser insta-lados com a redundância necessária a fim de assegurar ocontrolo e a garantir a maior segurança e operacionalidadecom o mínimo risco de avaria ou falha.

O controlo por nível deve ser desenvolvido de acordo com a aplicação específica, mantendo sempre em atenção osrequisitos de segurança atrás referidos, ou outros que seentenderem beneficiar a instalação. Este deve operar asbombas de acordo com a potência instalada e de acordocom os objectivos do projecto.

Este tipo de controlo visa efectuar o enchimento constantede um tanque ou cisterna, onde a necessidade do nível nãocarece de ser controlada com elevado rigor mas visa essen-cialmente, manter a reserva de água com níveis aproximadosde modo a serem utilizados na medida das necessidades.Os quadros de controlo da Grundfos (QES) estão preparadospara instalação de sensores de nível de uma forma selectivae ordenada permitindo desempenhar com maior eficiência,segurança e operação da instalação.

7.2.2 Controlo por caudal

Visando essencialmente manter o caudal desejado paraa instalação, deve ser usado de acordo com a instalaçãoe de acordo com a selecção dos outros equipamentos debombeamento. Este tipo de controlo visa o controlo rigo-roso do caudal, possibilitando assim assegurar o correctoabastecimento da instalação. Este rigor é tanto mais precisoquanto melhor for o equipamento de medida e o controlo dasbombas. A Grundfos, possui sistemas de controlo adequadosa cada tipo de aplicação, tendo para tal desenvolvido orespectivo software de controlo adequado a cada tipo deelectrobomba com variação de velocidade, onde a melhoreficiência para cada tipo de instalação é facilmente ajustável,tanto de uma forma automática como de uma forma manual,disponibilizando para tal, um elevado número de parâme-tros que permitem rentabilizar a eficiência das bombas.

7.2.3 Controlo por pressão

Tradicionalmente o controlo por pressão pode ser efectuadopor recurso a um sistema de pressóstatos e vaso de expansão,ou recorrendo ao sistema de controlo por transdutor depressão integrando os processadores Grundfos desenhadose desenvolvidos para o efeito. Nesta área a Grundfos temaperfeiçoado e desenvolvido o mais moderno software eaplicando-o aos seus processadores para utilização nosquadros H2000 onde, com o auxílio de conversores de frequência por si desenvolvidos, permite racionalizar o funcionamento das centrais de bombeamento de uma formaharmoniosa e eficaz oferecendo uma elevada performancenas aplicações onde é utilizada. Garante-se assim um valorde pressão constante na rede de abastecimento indepen-dente da variação dos consumos.

119

120

7.3.1 Necessidade de comunicação

Com o objectivo de controlar o funcionamento dos equipa-mentos à distância é necessário dotar as instalações demeios pelos quais cada unidade possa observar o compor-tamento da outra e actuar automaticamente operando de modo a avisar o operador ou a desenvolver rotinasautomáticas para corrigir qualquer anomalia ou processoalternativo necessário. Para isso podem utilizar-se váriosprocessos de comunicação conforme as necessidades eaplicação, dos quais abordamos apenas alguns.

7.3.2 Comunicação entre sistemas de controlo da mesma rede

7.3.2.1 Diferentes níveis de controlo remoto

As modernas unidades de controlo de bombas permitemque o sistema de controlo e monitorização seja personalizadode acordo com as funções requeridas pelo projecto, de acordocom os recursos disponíveis para investimento. Caso sejapreferido um simples sistema de transferência automáticade alarmes, a unidade de controlo pode ser equipada com um modem GSM, que procederá à transferência dosalarmes gerados pela unidade de controlo para o telefonedo responsável, sob a forma de uma mensagem SMS. Umsistema deste tipo proporciona um enorme aumento nafiabilidade operacional com um investimento moderado,visto que não existe nenhum centro de controlo. Por outrolado, as unidades de controlo modernas são capazes de utilizar a totalidade do espaço da mensagem SMS, adicio-nando as informações registadas e analisadas mais impor-tantes à mensagem de alarme. Por exemplo, estas infor-mações poderão consistir no tempo de funcionamento das bombas, número de arranques, consumo de energia,pressão, etc. Caso um sistema deste tipo crie relatóriosautomáticos e proceda à sua transferência semanal para oresponsável, mesmo que não ocorram quaisquer situaçõesde alarme, será possível evitar grande parte das habituaisvisitas às estações de bombeamento. Caso seja introduzidoum sistema de controlo remoto e monitorização ao nível darede, existem vários modos de implementar a ligação decomunicações entre as estações exteriores e o centro decontrolo, conforme descrito nas secções seguintes.

7.3.2.2 Transmissão de dados

Apesar das unidades de controlo das bombas terem umfuncionamento totalmente independente, a transmissãode dados é crucial ao funcionamento dos sistemas de controlo remoto. O tempo necessário para a transferênciade dados pode ser diminuído se a unidade de controlo dasbombas efectuar localmente a totalidade da análise dosdados e armazenar os resultados na respectiva memória.

7.2.4 Outros tipos de controlo

Existem muitos tipos de controlo possíveis de aplicar, noentanto estes devem ser efectuados de acordo com asnecessidades de cada instalação. Entre eles destacamosoutros, como: controlo por diferença de nível, por diferençade pressão, por diferença de caudais ou sistemas em que seactue de acordo com as necessidades de nível, caudal oupressão. Pretendemos assim apenas referir-se algumas dasvariantes possíveis, mas muitas mais existem.

7.2.4.1 Controlos mistos

Quando se trata de projectar uma instalação tendo váriostipos de controlo a ela ligados, isto é, em que se necessite de conjugar várias grandezas, referimo-nos a controlos mistos.É possível integrar este tipo de controlos com os controlosGrundfos. Como exemplo podemos referir o controlo donível do tanque ou cisterna a abastecer simplesmente umarede sobre pressão.

7.2.4.2 Controlos integrados

Sistemas de controlo diversos, integrados na mesma redecom o objectivo de controlar automática e/ou manual-mente, toda a instalação, visando a protecção dos equipa-mentos, das instalações e dos sistemas de exploração.

7.3 Comunicação entre sistemas debombeamento

Fig. 1 - Comunicação directa ou individual


121

Assim sendo, só será necessário transferir os resultados calculados para o centro de controlo, em vez de todos osdados registados. Isto também permite que as unidades decontrolo das bombas funcionem independentemente, semnecessitarem de estar permanentemente ligadas ao centrode controlo. Os resultados também podem ser armazenadosna estação exterior durante algum tempo, normalmenteuma semana, antes de serem automaticamente enviadosem conjunto, dependendo apenas do número de informaçõesrequeridas. Esta é uma característica importante, caso existaminterrupções indefinidas na ligação de comunicações.

A transmissão de dados é sempre configurada de acordocom as necessidades individuais. A ligação das comuni-cações tem de ser flexível e permite normalmente a utilizaçãoda rede telefónica pública, de modems de rádio, modemsGSM ou qualquer combinação destes. Também é possívelutilizar linhas dedicadas, mas este método é raramente utili-zado nos últimos tempos devido ao aumento dos custos eda fiabilidade incerta. Ambas as extremidades da ligaçãode comunicações necessitam de um modem para modularos dados para transferência. A escolha de um método detransferência tem de ser da responsabilidade do utilizador,tomando em consideração os custos de instalação, os custosda transmissão de dados e as características requeridase proporcionadas por cada método. De uma maneira geral,os modems de rádio e as linhas dedicadas são utilizadosquando as distâncias são curtas e quando existe a necessi-dade de comunicação contínua, tal como acontece, porexemplo, com os circuitos de controlo entre os depósitosde água potável e as estações de captação. Se estiveremligadas através da rede telefónica pública, as estações debombeamento e a estação de controlo central podem estarsituadas a uma grande distância praticamente ilimitadauma da outra. A rede telefónica pública também permiteautorizar outras entidades, tais como fornecedores deequipamentos e empresas de serviços, a acederem a umaestação elevatória com objectivos específicos. A modernatecnologia de telecomunicações GSM constitui umasolução apelativa para o controlo e monitorização remotosde estações exteriores localizadas a grandes distâncias docentro de controlo. A tecnologia GSM constitui frequente-mente a melhor alternativa para adaptação de instalaçõesjá existentes, uma vez que a instalação de linhas de acessode PSTN é dispendiosa e a sua disponibilidade poderá estarlimitada. Todas as tendências indicam que as comunicaçõespor modem GSM irão tornar-se cada vez mais popularesno futuro.

7.3.2.3 Transferência de alarmes

Os alarmes provenientes de uma estação exterior são trans-feridos para o centro de controlo, em cuja base de dadossão armazenados todos os alarmes recebidos. O softwarede administração em execução no computador do centrode controlo efectua a categorização automática dosalarmes, bem como o agendamento das tarefas do pessoaltécnico de serviço, o que lhe permite transferir o alarme

para a pessoa certa no momento exacto (caso o alarmeesteja categorizado para transferência). Ocasionalmente, ocomputador do centro de controlo também está equipadocom uma impressora separada para os alarmes, cuja função é imprimir todos os alarmes para análise posterior.Normalmente, os alarmes são transferidos para o telefoneGSM do técnico de serviço sob a forma de uma mensagemSMS (de texto). Para além do texto do alarme, esta mensagem poderá incluir informações mais detalhadassobre o estado da estação de bombeamento (em funciona-mento/parada/falha), o volume de bombeamento duranteo dia, o tempo de funcionamento das bombas, outros alarmesactivos (configurados para não serem transferidos), etc.Os alarmes também podem ser transferidos por pager.O computador do centro de controlo cria o texto do rela-tório de alarme, contacta o operador do pager e envia amensagem que será apresentada no pager. Tipicamente, amensagem contém informações codificadas sobre a identi-dade da estação e o tipo de alarme emitido.

7.4 Gestão integrada entre sistemas debombeamento

Fig. 2 - Painel de supervisão de gestão integrada

7.4.1 Monitorização e gestão de sistemasmistos

7.4.1.1 Controlo e monitorização de estações debombeamento

Todas as estações de bombeamento, quer trabalhem indi-vidualmente quer façam parte de uma rede de abasteci-mento ou de rega, composta por várias estações de bombea-mento, devem ser controladas fiavelmente de modo a propor-cionarem um funcionamento seguro e eficiente. A actualtecnologia de controlo electrónico permite conceber eprojectar sistemas de controlo e monitorização versáteis,destinados a reduzir os custos de funcionamento a longo


122

particulares de abastecimento de água. O sistema de controloe monitorização baseado na Internet permite consultar ecriar relatórios dos dados históricos das estações de bombeamento a partir de múltiplas localizações, possibili-tando a utilização das informações sempre que tal sejanecessário, independentemente da localização. Por exemplo,depois de introduzirem a respectiva identificação, os opera-dores, técnicos de serviço, gestores, engenheiros do sistemade abastecimento, etc., poderão consultar os dados históricosdetalhados das estações exteriores a partir dos computa-dores instalados no próprio local de trabalho.

7.4.2 Vantagens de um sistema integrado

Fig. 3 - Vários sistemas integrados

7.4.2.1 Funções de controlo

O parâmetro mais comum de uma estação de bombeamentoH2000, é medir a pressão de abastecimento. Este tipo deunidade de controlo utiliza sempre um transdutor ou umsensor de modo a efectuar um controlo em contínuo. Estãodisponíveis vários tipos de sensores, tais como transdutorde pressão, dispositivos ultra-sónicos, caudalímetros, etc.Normalmente, a sequência de controlo da bomba é bastante simples. Numa aplicação normal no modo serviço//reserva, os níveis de funcionamento pré-definidos são onível de paragem, o nível de arranque e a pressão de controlo.As bombas de serviço arrancam quando a variável requeridaé insuficiente, parando quando esta estiver acima do valorrequerido. As bombas alternam em cada ciclo, para asseguraruma distribuição igual da utilização e do desgaste entre asbombas. A bomba de reserva arranca quando uma das prin-cipais estiver em avaria, numa situação em que todas asrestantes estejam em utilização. Se estiver instalada maisdo que uma bomba de reserva, essas bombas poderão seriniciadas simultaneamente ao mesmo nível, a intervalosajustáveis ou a níveis diferentes. Todas as bombas em funcionamento são paradas, simultaneamente ou a inter-valos ajustáveis, quando a variável atinge o nível de paragem.Em algumas instalações é possível que todas as bombastenham níveis de arranque e paragem diferentes, estaopção pode ser efectuada por relógio ou por indicaçãoexterna. No entanto, este factor torna os cálculos de moni-torização das bombas mais complicados e menos fiáveis.

prazo e a aumentar a sua fiabilidade. As estações de bombea-mento não fiáveis representam um risco ecológico e finan-ceiro, sob a forma da descarga de águas para o ambiente oupara as caves de edifícios, bem como inibe os utilizadoresde usufruírem do bem de que necessitam. Por este motivo,a fiabilidade é a principal preocupação relacionada com aconcepção de uma unidade de controlo para uma estaçãode bombeamento. A Grundfos estudou e desenvolveudiversos tipos de controlos para diferentes aplicações,tendo como preocupação fundamental a fiabilidade dasinstalações e dos equipamentos de bombeamento.

Recorrendo a diversos tipos de sensores, que monitorizamas estações de bombeamento, desenvolveu softwarespróprios e processos electrónicos para a perfeita adaptaçãodas electrobombas que fabrica, às aplicações mais diversas.

Através dos controladores H1000 e H2000 é possívelusufruir, em cada sistema, do seu melhor desempenho,tendo sempre em atenção os custos energéticos, demanutenção e exploração, bem como a defesa do meioambiente e o conforto do utilizador. Também a nível docontrolo, é agora possível um sistema de monitorizaçãoao nível de rede e as possibilidades futuras de combinaçãoda internet e da tecnologia WAP.

7.4.1.2 Integração do sistema

Um sistema de controlo e monitorização de estações debombeamento pode ser integrado com outro sistema de controlo, tal como um sistema de controlo da estação detratamento ou um sistema de controlo integrado daempresa responsável pela rede de abastecimento públicode água. A integração não significa que todos os sistemasserão executados no mesmo computador com o mesmosoftware. A integração de sistemas é normalmente útilpara seleccionar o melhor sistema para cada aplicação epara os combinar a um nível adequado. Esta solução poderiapermitir utilizar software comum para a transferência ecomunicação de alarmes. Para possibilitar esta integração,os sistemas devem ser concebidos utilizando procedimentospadrão, tais como sistemas operativos de PC e protocolospadrão de transmissão de dados e entrada e saída de sinais.

7.4.1.3 Controlo e monitorização remotos baseadosna Internet e WAP

As mensagens de alarme transferidas para os técnicos deserviço sob a forma de mensagens SMS são exclusivamenteinformações unidireccionais. Se o técnico de serviço tivessea possibilidade de controlar o sistema e alterar algunsparâmetros cruciais a partir do respectivo telemóvel quandoestivesse em viagem, poderia alcançar-se a flexibilidadetotal proporcionada por um centro de controlo móvel.

As mais recentes inovações nas técnicas de controlo e monitorização remotos envolvem a utilização da Internet e da tecnologia WAP para ultrapassar as limitações dos sistemas de monitorização tradicionais anteriormentedescritos. Os sistemas de controlo e monitorização atravésda Internet/WAP permitem igualmente que a monitorizaçãoremota seja proposta aos serviços públicos ou entidades


123


Em alguns casos, é possível instalar uma ou mais bombasde reforço com características diferentes, para tratar decaudais maiores.

Caso ocorra a sobrecarga de uma estações de bombeamento,o sistema deve ser capaz de adaptar a variável correcta-mente e sem ambiguidades, para que o operador possa evitar possíveis danos. Quando a pressão de entrada e a duraçãoda sobrecarga são conhecidos, é activada a segurança dainstalação automaticamente. A medição da corrente domotor da bomba é necessária para protecção e monitorização.A unidade é configurada para proteger o motor da bombaem situações anormais, através de limites ajustáveis de sube sobrecorrente no caso dos motores MGE da Grundfos,protegendo ainda a bomba em caso de falta de água e ondenão é usada a protecção adicional recomendada. Nestascircunstâncias, dado que o "Reset" do MGE se efectua auto-maticamente, este não deve ser considerado como dado de controlo mas sempre como de protecção. Caso a correntede entrada suba acima do limite de sobrecorrente, situaçãoem que o sobreaquecimento do motor se torna um riscodevido à possibilidade de falha, esta é automaticamenteparada. Em conjunto com os relés térmicos ou os disposi-tivos electrónicos de protecção existentes no arrancador do motor da bomba, esta unidade constitui uma valiosaprotecção para o motor. Uma corrente de entrada anormal-mente baixa indica que a bomba não está a bombear normalmente, o que pode ser devido ao desgaste do impulsorou à acumulação de ar. A corrente do motor da bomba étambém uma informação necessária para o planeamento dasoperações de manutenção da bomba. Estas informaçõessão igualmente importantes para verificar o desempenhooperacional da estação de bombeamento e para a determi-nação das acções de manutenção.

Todas as funções acima descritas estão disponíveis naunidade de controlo e monitorização C2000 da Grundfos e podem ser lidas a partir do visor da interface PMU. Istopermite simplificar o painel de controlo do motor, removendodeste as características que estão incorporadas no PFU tais como os amperímetros, os contadores de horas de funcionamento e os relés de sequenciamento. A unidade decontrolo da bomba também está programada para indicartodas as falhas de funcionamento da estação até um máximo de 10, tais como alarmes de nível elevado, nívelbaixo, falha de alimentação da bomba e outros alarmesbaseados nas definições dos limites dos parâmetros.

7.4.2.2 Funções de monitorização

A unidade de controlo das bombas efectua a monitorizaçãoautomática das bombas com base nos parâmetros registadose analisados. Todos estes valores podem ser enviados parao sistema de gestão através de uma porta de conversão deprotocolo G100 (Profibus, Modbus, Intebus, etc.).

Em última análise, isto permite que os trabalhos demanutenção e controlo das bombas passem gradualmenteda reparação de falhas para a manutenção preventiva e atémesmo para a manutenção preditiva.

7.4.2.3 Parâmetros e sinais

A unidade de controlo da bomba necessita de váriosparâmetros para poder funcionar conforme necessário.Os parâmetros são introduzidos na unidade com base nasdimensões reais da estação e em unidades recolhidas noprojecto ou medidas no local da instalação. Para efeitos decalibragem, é possível utilizar dimensões reais ou percenta-gens dos valores de referência. Os valores a introduzir sãonormalmente níveis de funcionamento que correspondema um determinado nível de água no poço, tais como os níveis de arranque e paragem das bombas, os níveisbaixo e alto de alarme e os níveis de sobrecarga. Os outrosparâmetros habitualmente requeridos são as dimensões dopoço e os valores nominais da corrente de entrada e dacapacidade das bombas, que se encontram nas folhas decaracterísticas destas.

São necessários vários sinais para que o controlo das bombasfuncione conforme planeado. Estes sinais podem ser digitaisou analógicos. Os sinais digitais são sinais de entrada ousaída e indicam um estado ON ou OFF. Os sinais de entradadigitais necessários são a indicação de funcionamento oureserva da bomba, fornecidos pelos circuitos de comando,bem como os sinais dos contactos isentos de potencialfornecidos pelo relé de presença de tensão e pelo contadorde energia, quando presentes. Os sinais digitais de saídasão necessários para o arranque e paragem das bombas. Os sinais analógicos de entrada, provenientes de sensoresadicionais, são utilizados para medidas contínuas. Por exemplo,este sinais correspondem a medições da temperatura dosenrolamentos e dos rolamentos do motor da bomba, infor-mações sobre a condição do óleo do empanque da bomba,dados provenientes de um medidor de caudal ou conversorde frequência adicional, etc. A utilização destes sinais poderequerer uma placa de expansão adicional, bem como umaversão especial da aplicação de software.

7.4.2.4 Registo e análise de dados

Fig. 4 - Registo de dados

A unidade de controlo e comunicação G100, do grupo debombeamento tem capacidade de memória suficiente para registar os dados ao longo de um determinado períodode tempo. A unidade tem de registar, pelo menos, o tempode funcionamento, o número de arranques das bombas e os incidentes relacionados com problemas de corrente no

124


motor da bomba. Dado que a mesma se encontrará interli-gada com um sistema de gestão instalado num PC, estesdados serão convertidos para esta base onde deverão sertratados. Os dados registados podem ser agrupados e anali-sados mais detalhadamente através da sua transferência, aintervalos específicos, para um computador portátil comsoftware adequado, ou continuamente,através de um sistemaautomático de controlo remoto. Mesmo que a unidade decontrolo das bombas funcione como uma estação exteriorde um sistema de controlo e monitorização ao nível darede, necessitará de dispor de capacidade de memória sufi-ciente para armazenar os dados registados e analisadosdurante vários dias. Isto deve-se ao facto da perda de dadoscruciais não ser aceitável, nem mesmo durante possíveisquebras de comunicação entre a estação exterior e o centrode controlo.

7.4.2.5 Interface do utilizador

Para aceder aos dados e introduzir parâmetros, o utilizadornecessita de um interface para trabalhar com a unidade decontrolo das bombas. Este interface tem de ser composto,no mínimo, por um pequeno visor LCD e um teclado. Paraesta situação a Grundfos dispõe de uma unidade PMU parao efeito. O utilizador tem de ser capaz de introduzir todosos parâmetros necessários e de ler os dados registados ecalculados utilizando o teclado. A utilização de um interfacedeste tipo tem de ser simples e lógico. Habitualmente,algumas funções úteis, tais como a função de varrimentoautomático, facilitam e aceleram a leitura rotineira dosdados. São utilizados indicadores luminosos separados paraa indicação de alarmes e do estado de funcionamento dasbombas.

125

Instalação e Manutenção de Bombas e Sistemas de Bombeamento

8. INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO DE BOMBASE SISTEMAS DE BOMBEAMENTO

Autor: José DiasDirector de Serviço Pós-VendaBombas Grundfos Portugal

127

8.1 Introdução Para a correcta instalação das bombas e restantes equipa-mentos de bombeamento devem ser consideradas algumasregras de acordo com os diversos equipamentos que compõema instalação. O manual de instalação de cada tipo de bombaalerta para estas condições, as quais devem ser cuidadosa-mente respeitadas, para além destas ainda devem ser consi-deradas as condições relativas aos quadros eléctricos de controlo e protecção, bem como a sua localização.

8.2 Requisitos para instalação

8.2.1 Localização do equipamento de bombeamento

Os equipamentos de bombeamento devem ser instaladosde acordo com as especificações dos manuais de instalaçãorespectivos tendo em atenção as características ambientais,eléctricas e físicas. A sua localização deve ainda respeitar e considerar a necessidade de manutenção e intervençãolocal bem como condições de remoção do local.

8.2.2 Necessidades de ventilação

Uma das mais importantes características de bom funcio-namento dos equipamentos eléctricos e electrónicos, tem aver com as condições ambientais de funcionamento, taiscomo temperatura e humidade.

Os equipamentos de bombeamento, os quadros eléctricosde controlo e restantes equipamentos de medida e controlo,devem ser instalados de acordo com as suas característicasfísicas e de protecção, de modo a garantir-se o seu correctofuncionamento e duração de vida e de acordo com osmanuais de instalação e operação respectivos.

Os equipamentos eléctricos, motores equipamentos elec-trónicos, e outros equipamentos de comando e regulaçãoalimentados por corrente eléctrica, possuem característicasespeciais que devem ser respeitadas quando instaladas emambientes em que as condições de temperatura sejamadversas. Deste modo alertamos para a necessidade deventilação, espaço livre de passagem e ausência de humi-dade que os equipamentos necessitam para o seu correctofuncionamento e longevidade.

É recomendado por isso, que as centrais de bombeamentosejam instaladas tendo em atenção estas característicaspor possuírem estes componentes e consequentementenecessitarem de condições de verificação adequadas.

8.2.3. Utilização de reservatórios de membrana

Porquê utilizar um reservatório de membrana, tambémdenominado depósito de membrana, numa central deabastecimento?

Existem três razões essenciais para montar um depósito demembrana numa central, que são:

1 - Para compensação da pressão no sistema durante osperíodos de paragem da bomba, permitindo a compen-sação de fugas e pequenos consumos.

2 - Reduzir o número de arranques e paragens das electro-bombas no tempo, permitindo alargar os períodos demanutenção.

3 - Permite proteger a instalação contra os regimes transi-tórios - golpes de aríete (consultar capítulo 4).

A Grundfos recomenda reservatórios cuja capacidade mínimaé a abaixo mencionada.

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

60

80

200

200

200

300

300

500

500

-

-

100

100

200

200

300

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500

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80

80

200

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200

200

200

200

-

-

-

-

200

200

200

200

500

60

60

80

80

80

200

200

200

200

-

-

60

80

200

200

200

200

200

60

60

80

80

200

200

200

200

500

CAPACIDADES MÍNIMAS RECOMENDADAS

Capacidade do depósito de membrana [litros]

Velocidade fixa

MS MSH MF MFH ME MEH MES

Velocidade variávelModeloda bomba

NOTA: Sempre que os sistemas não refiram capacidades de depósitos é por estes não serem normalmente utilizáveis. Valoresapresentados nas tabelas que em alguns casos varia a capacidade do depósito também em função do número de bombas.


128

8.3 Instalação de sistemas de bombeamento

Na instalação de um grupo ou de uma central de bombea-mento é necessário sempre respeitar as regras de instala-ções hidráulicas, as regras referentes à instalação eléctricae ainda às regras de boa prática de montagem mecânica.A segurança dos equipamentos e das pessoas deve sersempre respeitada. Nesse sentido os equipamentos devemser protegidos a nível mecânico, hidráulico e eléctrico, bemcomo acústico nos casos em que tal se justifique, por umconjunto de instrumentos que respeitem o seu funciona-mento de uma maneira geral, mas também a segurança.

A Grundfos disponibiliza um sistema de protecção electró-nico contra a falta de água, denominado LiqTec, o qual permitea fiabilidade das bombas sempre que se verifiquem roturasno abastecimento de água.

Fig. 1 - Sistema de protecção LiqTecTM

8.3.1 Aspiração negativaAs centrais de bombeamento instaladas com este tipo deinstalação, em que é requerido a aspiração de água de umnível mais baixo que o nível em que estão instaladas asbombas, devem ser considerados cuidados específicos eregras de segurança de modo a que respeitem as condiçõesde aspiração próprias das bombas CR, daí que as centraisdevam ser instaladas como se de bombas individuais setratassem e os elementos de protecção individuais devemde igual modo respeitar esta regra.

Os quadros eléctricos de controlo devem dispor de protecçõesde modo a garantir a protecção e o bom funcionamento dainstalação e das bombas individualmente.

Os maiores problemas susceptíveis de ocorrer nestas insta-lações relacionados com as bombas são os provocados pelofuncionamento sem água, a cavitação, a altura de aspiraçãodemasiado elevada e ainda a desferragem das bombas.Nesse sentido é necessário prover a instalação dos adequadossistemas de protecção por forma a evitar que os mesmosocorram. O uso de válvulas de retenção eficazes e comreduzidas perdas de carga, o uso de equipamento auxiliarcomo sensores de nível, boiadores, eléctrodos ou transdu-tores são outros dispositivos de segurança que devem serconsideradas como medidas de protecção, bem como atemperatura dos motores e dos empanques das bombas.

O cálculo do ponto de funcionamento da bomba, deve serefectuado tendo sempre em atenção ao valor da curva deNPSH para esse mesmo ponto, de modo a prevenir possíveisavarias e danos às bombas e à instalação.

Para as bombas com variação de velocidade CRE, caso falheo sistema de protecção existente contra falta de água, estasestão preparadas para com sistemas de protecção suple-mentar interna, de modo a garantir o seu funcionamentopara além das protecções existentes. Entre as protecçõesexistentes internamente nos motores MGE da Grundfos,destacamos, protecção contra falta de água, que permite a maior duração dos empanques e casquilhos, a protecçãocontra sobreaquecimento do motor e outras protecçõeseléctricas. No funcionamento normal, se uma destasavarias ocorrer, a bomba pára e só após algum tempo,variável, volta a funcionar, após várias tentativas. Se aavaria persistir, a bomba pára.

Fig. 2 - Central de bombeamento tipo com aspiração negativa

8.3.2 Aspiração de cisterna elevadaNeste tipo de abastecimento, em que se recorre à ligaçãodo grupo ou da central de bombeamento, a uma cisternacom pressão positiva, isto é, em que o nível da água está aum nível superior ao das bombas, não existe o risco dos casosmencionados anteriormente, no entanto a fim de evitar ofuncionamento indevido das bombas sem água, é necessárioque as mesmas estejam devidamente protegidas contraessa possibilidade ou outras que possam provocar danos àsbombas, à instalação ou às pessoas. Nesse sentido em cadasistema de bombeamento, os mesmos devem estar prepa-rados com os cuidados devidos de modo a evitar danos.Como exemplo de instalações susceptíveis de provocaravarias, poderemos apontar:

• Percursos muito longos

• Tubagens subdimensionadas

• Demasiados acessórios na tubagem de aspiração da bomba.

• Uso de filtros sem a manutenção adequada, etc.


129


Fig. 3 - Central de bombeamento com aspiração positiva

Normalmente são equipamentos externos às bombas eque complementam a sua segurança.

Relativamente a bombas com variação de velocidadeGrundfos, a protecção contra falta de água é uma das suascaracterísticas internas como protecção ao equipamento,não devendo ser entendida como característica de operação.Como qualquer outro equipamento, a mesma deve sersempre considerada apenas como redundância a uma falhado sistema de controlo. Mas nestas bombas existem aindaoutras protecções complementares que evitam as protecçõesexternas atrás mencionadas. São exemplo disso, protecçãocontra sobreaquecimento do motor, falta de fase, o já referidofuncionamento em seco, contra sobrecarga, etc. Estas bombase os quadros que as controlam, têm de se adaptar à insta-lação e às diversas situações, como por exemplo o funciona-mento em situações de perdas de carga variável, tendocomo objectivo sempre, a poupança de energia e a preser-vação das condições de segurança dos equipamentos e dainstalação.

Fig. 4 - Central de bombeamento tipo, com aspiração de cisterna elevada

8.3.3 Aspiração de uma rede sob pressãoNas redes sob pressão há que ter em conta também umeficaz sistema de protecção, não só contra falta de água,como ainda para um possível aumento de pressão. Nestasredes os grupos ou as centrais de bombeamento devem estar protegidas contra funcionamento acima da pressãode rotura da instalação ou acima da pressão das própriasbombas. Neste tipo de aplicação pode ocorrer excesso de pressão na aspiração, que adicionado à pressão de funcionamento das bombas, caso não sejam tomadas emconsideração as pressões de funcionamento, podem provocaravarias na instalação ou nas bombas.

Fig. 5 - Central de bombeamento tipo com aspiração de uma rede

8.4 Manutenção

8.4.1 Manutenção aos equipamentos debombeamento

Os aspectos a ter em conta para efeitos de manutençãoespecíficos, devem estar relacionados sempre com oequipamento respectivo e deve para o efeito ser consultadoo manual técnico de instalação e operação das bombas.Genericamente os materiais de maior necessidade de inter-venção quando se trata de bombas CR, são aqueles quesujeitos a maior esforço físico ou desgaste por fricção,possam necessitar de maior intervenção. Dentro destespoderemos considerar:

• Rolamentos dos motores e das bombas, quando existirem

• Empanques e retentores

• Anéis de desgaste e casquilhos.

130

Fig. 6 - Empanques

No entanto no plano de manutenção a estabelecer deve sersempre considerado, o tempo de operação das bombas,a qualidade da água, a temperatura da água e a tempe-ratura ambiente, bem como as condições de ventilação dasala onde a central ou as bombas estão instaladas.

8.4.2 Manutenção aos sistemas de monitorização e controlo

Para um sistema de monitorização e controlo não é normal-mente necessário qualquer manutenção especial. Devemno entanto acompanhar-se e seguir-se a evolução do bomdesempenho do mesmo e evitar-se a utilização dos PC'sonde estão instalados ou dos outros equipamentos electró-

nicos, a eles ligados, por outros programas com necessi-dades de acessos via internet ou outros susceptíveis de oscontaminarem com vírus informáticos que possam inter-ferir com o seu bom desempenho. Sempre que se notar um funcionamento irregular ou fora do normal, deve deimediato ser alertado o fornecedor de modo a diagnosticarpossíveis falhas.

Quando a estes estiverem ligados equipamentos sujeitosa movimento mecânico (ex: contactores, relés ou outros),deve ser efectuada uma inspecção regular, com a periodici-dade acordada inicialmente, de acordo com as especifi-cações de funcionamento previamente estabelecidas.Também devem ser respeitadas as condições de tempera-tura de funcionamento e as regras de bom funcionamentoe ventilação.

Fig. 7 - Manutenção de um quadro eléctrico de controlo


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Sistemas de Abastecimento Público e Predial no Porto

9. SISTEMAS DE ABASTECIMENTO PÚBLICO E PREDIAL NO PORTO

Autor: Carlos MedeirosEngenheiro Civil dos SMAS do Porto

Professor Auxiliar da FEUP e da FAUP

133


Serviços Municipalizados de Água e Saneamento do Porto

Reporta-se a 1392 o mais remoto registo histórico de que há notícia, revelador do facto de, há mais de seis séculos, o Porto já

possuir fontes e chafarizes, para uso público, embora sem condições de higiene.

No reinado de D. Sebastião (meados do séc.XVI), iniciou-se a construção dos mananciais de Paranhos e Salgueiros que, até ao

século XIX, se destacaram de entre os principais pólos abastecedores de água à Cidade.

No entanto, a inquinação dessas águas, as doenças transmitidas, a evolução dos cuidados com a saúde e ainda as exigências

quanto à qualidade de vida impunham uma transformação radical do sistema.

A partir de 1855, surgem várias companhias candidatas ao projecto e execução de obras de captação, elevação, transporte e

distribuição, sendo em 22 de Março de 1882 assinado o contrato com a "Compagnie Générale des Eaux pour l'Étranger", o qual

é aprovado por Carta de Lei, em 27 de Julho do mesmo ano.

O contrato com a Compagnie Générale era válido por 99 anos e foi estendido a Matosinhos no princípio do século. Os trabalhos

são concluídos em 1886, com a captação no Rio Sousa, mas só em 1 de Janeiro de 1887 é que o abastecimento é regularizado.

A população da Cidade era, então, de 122.000 habitantes e a água tida como a melhor da Europa.

Cem anos volvidos, ainda é vulgar designar-se a água do Porto como "água da Companhia".

O sistema mostrou-se extremamente vulnerável em regime de cheias dos Rios Douro e Sousa, começando a Câmara a exercer

fortes pressões junto da Companhia que conduziram ao resgate da concessão em 28 de Março de 1927, por 3.500 contos, e à

criação dos Serviços Municipalizados Águas e Saneamento em 1 de Abril desse ano.

Inicia-se aqui o terceiro ciclo de vida do abastecimento de água à Cidade do Porto, sistema posteriormente alargado aos

Concelhos de Gaia, Gondomar, Maia e Valongo.

Aumento de reservas, novas captações, em profundidade, no areal de Zebreiros (1937), expansão das redes de distribuição e

transporte são passos importantes de uma nova fase.

Em 1983, nasce uma nova fase na história dos SMAS com as captações em profundidade em Lever.

No que respeita à água para consumo público, os SMAS, procederam à captação, tratamento e adução em alta e em baixa até

finais de 2000, altura em que, passou o Município do Porto a integrar o Sistema Multimunicipal de Abastecimento de Água

à Área Sul do Grande Porto.

A água de abastecimento público passou, então, a ser adquirida pelos SMAS à empresa Águas do Douro e Paiva, S.A.

A rede de drenagem de Águas Residuais Domésticas, encontra-se a mesma estabelecida desde 1907. A sua necessidade vinha,

contudo, já sendo sentida desde algum tempo antes.

De acordo com o documento dirigido ao Rei pela Câmara Municipal do Porto, em 11 de Agosto de 1899 refere-se:

"São graves, os problemas de assistência e higiene pública. É para um dos múltiplos aspectos de um destes problemas que a

Câmara Municipal do Porto, vem perante Vossa Majestade solicitar a atenção do seu governo. Há anos já que esta

Municipalidade, justamente preocupada com as condições higiénicas da Cidade, empreendeu obras que lhe permitissem

melhorá-las e organizou Repartições de Estudo que a orientassem sobre a gravidade dos males e meios de os remediar. E como

causa principal deste lastimoso estado não se pode apontar outra que não seja a falta quase completa de uma rede de cana-

lização para os esgotos da Cidade.... conhecida a causa indicado estava o remédio, e para isso esta Municipalidade, pôs a

concurso o projecto e execução das obras necessárias para o saneamento da Cidade. Teve isto lugar em 1896. Concorreu a

acreditada firma Hughes And Lancaster, conhecidíssima pelas obras congéneres executadas em diversas Cidades estrangeiras

e exploradora do Sistema Shöne para a elevação de esgotos."

Actualmente, a rede instalada possui uma extensão de 550 Km e capacidade de tratamento integralmente assegurada em

duas ETAR's (Freixo e Sobreiras), para uma população de 370.000 habitantes equivalentes.

135


A concepção dos sistemas de distribuição pública de águano Porto deve passar pela análise prévia das previsões do planeamento urbanístico (planos urbanísticos ou opera-ções de urbanização em que se insiram) e das característicasespecíficas da área urbana em que se insiram, nomeada-mente às necessidades de água para o consumo e o combatea incêndios.

É da responsabilidade do autor dos estudos e projectos arecolha dos elementos de base. Para os obter, seránecessário requere-los ao Director Delegado dos ServiçosMunicipalizados Águas e Saneamento do Porto, acompa-nhado de Planta de Localização da obra a levar a efeito,fornecida pela Câmara Municipal, à escala 1:500 (Art.º 251º).

Os Serviços Municipalizados Águas e Saneamento do Portoprestarão todas as informações de interesse, nomeada-mente no que respeita à caracterização e localização dasredes públicas de abastecimento de água, as condições deligação, fornecendo os elementos seguintes.

a) A localização em planta das condutas, acessórios einstalações complementares, sobre carta topográficaà escala 1:500;

b) As secções, profundidades, materiais e tipos de juntadas condutas;

9.2.2 Elementos de dimensionamento

As capitações a considerar na distribuição exclusivamentedoméstica não deve, qualquer que seja o horizonte deprojecto, ser inferior a 250 l (habitante / dia). Em zonas comactividade comercial intensa pode admitir-se uma capi-tação da ordem dos 50 l (habitante / dia) ou considerarem-seconsumos localizados. Os consumos industriais face a suagrande aleatoriedade, devem ser avaliados caso a caso e adicionados aos consumos domésticos. Consideram-seconsumos assimiláveis aos industriais os correspondentes,entre outros, às unidades turísticas, hoteleiras, estabeleci-mentos de saúde, ensino, militares, prisionais, bombeiros einstalações desportivas, que devem ser avaliados de acordocom as suas características. Os consumos públicos, taiscomo de fontanários, bebedouros, lavagem de arruamentos,rega de zonas verdes e limpeza de colectores, podem geral-mente considerar-se incorporados nos valores médios decapitação global, variando entre 5 e 20 l (habitante / dia).

Os volumes de água para combate a incêndios são determi-nados em função do risco da sua ocorrência e propagaçãona zona, cabendo ao Batalhão de Sapadores Bombeiros daCâmara Municipal do Porto, caso a caso, a definição do graude risco e do caudal instantâneo a garantir (Art.º 18).

O diâmetro nominal mínimo das condutas de distribuição éde Ø100mm (Art.º 23º).

9.1 Introdução

Nesta apresentação são abordados os principais aspectosrelacionados com os sistemas de abastecimento públicos e, fundamentalmente, prediais de água fria e quente,ressaltando as recomendações contidas no Regulamentodos Sistemas Públicos e Prediais de Abastecimento de Águae Drenagem de Águas Residuais (Decreto Regulamentar23/95, de 23 de Agosto) e a sua adaptação efectuada pelospelo Regulamento dos SMAS - Porto.

Uma apresentação breve das condições a considerar nainstalação de abastecimento público preencherá a primeiraparte desta exposição.

Seguidamente, são apresentados os principais tipos de sistemas prediais de abastecimento de água, com ascondições que determinam a sua aplicabilidade, tanto anível técnico como de legislação de soluções de abasteci-mento directo ou de abastecimento com recurso a sistemaselevatórios que garantam um abastecimento em quanti-dade e qualidade adequadas ao uso, bem como o abasteci-mento predial de água feita a partir de captação particular(nascentes e furos), com o fim de se garantir o abasteci-mento para outras finalidades, tais como combate a incên-dio, lavagem de pavimentos, uso industrial, entre outros.Na escolha do sistema a ser utilizado, será importanteobservar as condições de disponibilidade de abastecimentogarantidas pela rede pública, assim como as necessidadesprediais.

Por fim, serão especificadas as principais etapas que consti-tuem o dimensionamento dos sistemas prediais deabastecimento de água fria e quente, nomeadamente, osreservatórios, os sistemas elevatórios e as câmaras demanobras para instalação de equipamentos elevatórios.

Conclui-se a exposição referindo aspectos importantesreferentes ao traçado, elementos acessórios da rede e asverificações necessárias à prévia utilização dos sistemasprediais.

9.2 Sistema de abastecimento público

9.2.1 Aspectos gerais

Nos arruamentos públicos existentes compete aos ServiçosMunicipalizados Águas e Saneamento do Porto a elabo-ração de estudos e projectos dos sistemas públicos.

Em todas as intervenções urbanas, que impliquem a alte-ração ou ampliação dos sistemas públicos existentes ou aimplementação de novas infra-estruturas, é obrigatória aelaboração dos estudos e projectos, pelo promotor, e submete-los à aprovação dos Serviços MunicipalizadosÁguas e Saneamento do Porto (Art.º 250º).

136


b) Termo de responsabilidade do técnico autor do projecto;

c) Planta de Localização fornecida pelos ServiçosMunicipalizados Águas e Saneamento

d) Memória descritiva e justificativa, onde conste aidentificação do proprietário, a natureza, designaçãoe local da obra, o tipo da obra, a descrição da concepçãodos sistemas, os materiais e acessórios e as insta-lações complementares;

e) Cálculo hidráulico onde conste os critérios de dimen-sionamento adoptados e o dimensionamento das redes,equipamentos e instalações complementares previstas;

f) Mapas de medição e orçamento a preços correntes,das obras a executar;

g) Peças desenhadas dos traçados e instalações comple-mentares, com indicação dos materiais das canalizaçõese acessórios utilizados, obedecendo às escalas a saber:

• Plantas - 1:500;

• Perfis - 1:500 em extensão e 1:50 em altimetria;

• Pormenores - à escala conveniente que esclareçainequivocamente o pretendido.

Os elementos descritos serão apresentados em original,acrescidos de duas cópias para os elementos referidos nasalíneas b) a g).

As peças escritas devem ser apresentadas dactilografadasou impressas em folhas de formato A4, paginadas e todaselas assinadas, no original, pelo técnico responsável peloprojecto. As peças desenhadas devem ser apresentadas,em tela plástica, com formatos e dobragem concordantescom o estipulado nas Normas Portuguesas NP48 e NP49,não excedendo as dimensões do formato A0. Os caracteresalfanuméricos devem obedecer à Norma Portuguesa NP89.

Todos os desenhos devem possuir legenda no canto inferiordireito, respeitando a Norma Portuguesa NP204 e contendo,no mínimo, a seguinte informação:

a) Designação e local da obra, indicando se se trata deobra nova, de ampliação ou remodelação;

b) Identificação do proprietário;

c) Nome, qualificação e assinatura do autor do projecto;

d) Número, descrição do desenho, escalas e data da suaelaboração;

e) Especificação quando se trata de projecto de alteraçãoou aditamento;

f) Legenda específica das redes representadas.

9.2.5 Entrada em serviço dos sistemasA entrada em serviço dos sistemas deve ser precedida daverificação, pelos Serviços Municipalizados Águas eSaneamento do Porto, dos aspectos de saúde pública e deprotecção do ambiente. Nenhum sistema de distribuiçãode água pode entrar em funcionamento sem que tenhasido feita a desinfecção e a vistoria final de todo o sistema(Art.º 264º).

Quando o serviço de combate a incêndios tenha de serassegurado pela mesma rede pública, os diâmetros nominaismínimos das condutas são determinados em função dorisco 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 Serviços Municipalizados Águas e Saneamentoa definição da localização das bocas de incêndio e doshidrantes, após parecer do Batalhão de SapadoresBombeiro (Art.º 55º). Os diâmetros de saída são fixados em45mm para as bocas de incêndio e em 60mm para duas saídas e 90mm para os marcos de água.

9.2.3 Ramais de ligação

Os ramais de ligação asseguram o abastecimento predialde água, desde a rede pública até ao limite da propriedadea servir, em boas condições de caudal e pressão.

Os ramais de ligação consideraram-se tecnicamente comopartes integrantes das redes públicas de distribuição e de drenagem, competindo aos Serviços MunicipalizadosÁguas e Saneamento do Porto promover a sua instalação(Art.º 267º).

Quando se justifique, pode uma mesma edificação disporde mais de um ramal de ligação para abastecimentodoméstico ou de serviços. Os estabelecimentos comerciaise industriais devem ter ramais de ligação privativos.

Nos ramais de ligação de abastecimento a reservas de águae piscinas que se encontrem instaladas a uma cota nãosuperior a 10 m relativamente ao arruamento de onde se faz a ligação, é obrigatória a instalação de colunapiezométrica com desenvolvimento a definir pelos ServiçosMunicipalizados Águas e Saneamento do Porto (Art.º 32º).

O diâmetro nominal mínimo admitido em ramais de liga-ção é de 25mm (Art.º 35º). Quando se tenha de assegurarsimultaneamente o serviço de combate a incêndios semreservatório de regularização, o diâmetro não deve ser inferior a 45mm.

O diâmetro nominal mínimo das bocas de rega e lavageme respectivos ramais de alimentação é de 25mm (Art.º 53º).Os diâmetros nominais mínimos dos ramais de alimen-tação dos hidrantes são de 45mm para as bocas de incêndioe de 90mm para os marcos de água (Art.º 56º).

9.2.4 Elementos de instrução dos processosde projectos

O pedido de aprovação de projectos deve ser instruído comos seguintes elementos (Art.º 252º):

a) Requerimento dirigido ao Director Delegado dosServiços Municipalizados Águas e Saneamento doPorto, a solicitar a aprovação do projecto, subscritopelo promotor;

137


9.3.2 Elementos dos sistemas

Para que não venham a ocorrer utilizações indevidas dasdiversas redes prediais impõe-se que:

"As canalizações instaladas à vista ou visitáveis devem seridentificadas consoante a natureza da água transportada ede acordo com o sistema de normalização vigente." (Art.º 75º).

Assim, as canalizações instaladas à vista devem ser identifi-cadas consoante a natureza da água transportada, de acordo com as seguintes cores: azul para água destinada ao consumo humano; encarnado para água de combate aincêndios.

Também no sentido de garantir adequada qualidade e orespeito da saúde pública impõem a necessidade de cuidadosna escolha dos materiais.

Todos os materiais a aplicar em sistemas de distribuição,peças acessórias e dispositivos de utilização, devem serisentos de defeitos e, pela própria natureza ou por protecção adequada, devem apresentar boas condições deresistência à corrosão, interna e externa, e aos esforços aque vão ficar sujeitos.

"1- As tubagens e acessórios que constituem as redes interiorespodem, entre outros, ser de cobre, aço inoxidável, aço galva-nizado ou PVC rígido, este último no caso de canalizações deágua fria não afectas a sistemas de combate a incêndios.2- Nas redes exteriores de água fria, as tubagens e acessóriospodem ser de ferro fundido, polietileno ou PVC rígido" (Art.º 90º).

Os materiais a utilizar nas tubagens e peças acessórias dossistemas de distribuição devem ser aqueles cuja aplicaçãoseja admitida pelos SMAS - Porto, como responsável peloabastecimento e distribuição pública de água.

A aplicação de novos materiais ou processos de construçãopara os quais não existam especificações oficialmenteadoptadas nem suficiente prática de utilização, deve sersujeito a verificação de conformidade pelo LNEC -Laboratório Nacional de Engenharia Civil e a fazer presentejunto dos SMAS Porto.

Também, os instaladores (picheleiros) devem proceder asua inscrição nos SMAS para que possam assumir a respon-sabilidade de execução de instalações prediais.

9.3.3 Concepção dos sistemas

A rede de distribuição de água parte de um ponto da redepública. A localização desta conduta exterior bem como aposição prevista para o contador são a "ponta da meada" apartir da qual se faz o desenvolvimento da rede interior.

Numa primeira fase de abordagem a concepção de um sistema de abastecimento predial devem colocar-se asseguintes questões fundamentais:

9.3 Sistema de abastecimento predialde água


Todos os edifícios novos, remodelados ou ampliados deverãoprever redes prediais de abastecimento de água, indepen-dentemente da existência ou não das redes públicas nolocal (Art.º 4º), sendo obrigatória a ligação às redes públicasde abastecimento de água e de drenagem de águas residuaisdomésticas, quando existam ou venham a ser instaladas.

As redes prediais a instalar, mesmo que nos locais onde nãoexistam redes públicas deverão ser executadas de modo apermitir, no futuro, a sua fácil ligação àquelas redes. Destemodo, a rede de distribuição predial de água deve asseguraro seu bom funcionamento, preservando-se a segurança, asalubridade e o conforto nos edifícios.

Os sistemas prediais de abastecimento de água devemgarantir que a mesma chegue a todos os dispositivos deutilização, sempre que necessário, em quantidade e quali-dade adequadas ao uso.

A terminologia e a simbologia a utilizar e as unidades emque são expressas as diversas grandezas devem respeitar asdirectivas estabelecidas neste domínio. Assim a terminologiae a simbologia a adoptar serão as indicadas nos anexos I, II,III, VIII e XI ao Regulamento.

A rede predial a projectar e executar deve ainda oferecer agarantia de que a água a fornecer aos sistemas prediaisdeverá ter em consideração aspectos, quer de qualidadequer de defesa da saúde pública.

Assim, os sistemas prediais alimentados pela rede públicadevem ser independentes de qualquer sistema de distri-buição de água com outra origem, nomeadamente poçosou furos, como dispõem que:

"Os sistemas prediais alimentados pela rede pública devemser independentes de qualquer sistema de distribuição deágua com outra origem, nomeadamente poços ou furos privados." (Art.º 73º).

"Não é permitida a ligação entre a rede predial de distri-buição de água e as redes prediais de drenagem de águasresiduais." e "O fornecimento de água potável aos aparelhossanitários deve ser efectuado sem pôr em risco a suapotabilidade, impedindo a sua contaminação, quer por contacto, quer por aspiração de água residual em caso dedepressão." (Art.º 76º).

"...a utilização de água não potável exclusivamente paralavagem de pavimentos, rega, combate a incêndios e finsindustriais não alimentares,... 2 - As redes de água nãopotável e respectivos dispositivos de utilização devem sersinalizados." (Art.º 77º).

138


1. Existe rede pública? Onde?

2. Secção e pressões disponíveis?

3. Há escassez de água ou interrupções de fornecimentocom frequência?

4. Que dimensão tem o edifício? Existem caves?

5. Qual o tipo de ocupação?

6. Torna-se necessário prever reservatórios? Os serviços locaispermitem? Em que condições? Sua capacidade e locali-zação? Formas de drenagem de perdas e esvaziamento?

7. Precisa de equipamento elevatório de bombeamento?Atravancamento e acessibilidade à câmara de manobras?

8. É necessária rede de combate a incêndio? De que tipo?

9. Previsão do fornecimento de água quente: a que zonase de que modo?

10. Na remodelação ou ampliação de sistemas existentescom aumento de caudal de ponta? Comprova-se a sufi-ciência da capacidade hidráulica de transporte dascanalizações e das eventuais instalações comple-mentares a montante, sem prejuízo das condições defuncionamento do sistema na sua globalidade?

Por fim, sempre será de realçar que a concepção de sistemasprediais de distribuição de água deve ter como objectivo aresolução de problemas numa perspectiva global, técnica eeconómica, coordenada com a arquitectura, a estrutura e asrestantes instalações especiais da edificação.

9.3.4 Classificação dos sistemas

Ao colocarmos correctamente as questões acima enunciadassomos muitas vezes levados a constatar que nem sempreos sistemas públicos permitem que o abastecimento seefectue directamente da rede geral de distribuição emcondições de pressão e caudal necessários a garantir umautilização com a qualidade e quantidade adequadas.

Neste sentido, o regulamento apresenta condicionantes quepodem permitir efectuar uma primeira abordagem ao tipode sistema de alimentação predial, ao consagrar que:

"e) A pressão de serviço em qualquer dispositivo de utilizaçãopredial para o caudal de ponta não deve ser, em regra, inferiora 100Kpa o que, na rede pública e ao nível do arruamento,corresponde aproximadamente a

H=100+40n

"Onde H é a pressão mínima (Kpa) e n o número de pisosacima do solo, incluindo o piso térreo..." - (Art.º 21 º).

"2 - As pressões de serviço nos dispositivos de utilizaçãodevem situar-se entre os 50 Kpa e 400 Kpa, sendo recomen-dável, por razões de conforto e durabilidade dos materiais,que se mantenha entre 150 Kpa e 300 Kpa." (Art.º 78º).

Dentro desse contexto, poderemos ter sistemas comabastecimento directo ou indirecto. O abastecimento directoserá garantido sempre que as condições de abastecimentopúblico apresentem pressão e/ou caudal que permitam nascondições de conforto definidas no projecto o abastecimentoem permanência. Caso contrário, ou seja, falta de pressãoou falta de caudal deverá optar-se por sistemas de abaste-cimento indirecto com reservatório elevado quando apressão disponível possibilita em certos períodos diários areposição da reserva necessária e por sistema elevatório,com reservatório inferior sempre que a pressão não seja demolde a garantir a reposição da reserva durante o períododiário de 24 horas ao nível mais elevado do edifício.

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO

139


Na escolha do sistema há que atender:

a) À pressão disponível na rede geral de alimentação e ànecessidade nos dispositivos de utilização;

b) Ao tipo e número de dispositivos de utilização;

c) Ao grau de conforto pretendido;

d) À minimização de tempos de retenção da água nascanalizações.

Sempre que a rede pública não puder assegurar as pressõesnecessárias deverá ser prevista uma instalação sobrepressoracom tanque de compensação.

Para que se possa efectuar esta verificação preliminar dosistema mais adequado de abastecimento predial, dandotambém resposta a algumas das questões já referidas deveobter-se junto dos SMAS Porto a informação sobre ascondições de abastecimento da rede pública no local ondese pretende executar a edificação, ou seja, "… os valores daspressões máxima e mínima na rede pública no ponto deinserção naquela." (Art.º 83º).

140


LIGAÇÕES ÀS REDES PÚBLICAS

Planta Topográfica

P.T. n. º / 2005

Local da obra: Rua

Freguesia:

Requerente:

REDES PREDIAIS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Pressão estática MPa

REDE PÚBLICA - PRESSÕES

Pressão dinâmica MPa

REDES DE INCÊNDIO

As redes de combate a incêndio deverão ser dimensionadas e representadas em projecto.

REDE PREDIAL DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS

A câmara de ramal de ligação deverá situar-se no local assinalado na P.T., à profundidade de m.

Deverá atender ao Regulamento dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e Drenagem de Águas ResiduaisDomésticas dos Serviços Municipalizados de Águas e Saneamento da Câmara Municipal do Porto, ao Decreto--Regulamentar 23/95. Agosto e ainda à legislação específica relacionável com os projectos em causa.

Porto,

O Chefe de Divisão

Pedido de informação das condições de ligação às redes públicas

141

9.3.5 Dimensionamento dos sistemas prediais

Nos projectos relativos à distribuição predial de água devemindicar-se nas peças desenhadas os tipos e localização dosdispositivos de utilização, bem como os aparelhos alimen-tados.

Os caudais instantâneos a atribuir aos dispositivos de utili-zação devem estar de acordo com o fim específico a quese destinam, sendo os valores mínimos a considerar, os constantes do quadro anexo ao Regulamento.

Os caudais instantâneos a atribuir a máquinas industriais eoutros aparelhos são especificados no quadro anexo aoRegulamento e devem ser estabelecidos em conformidadecom as indicações dos fabricantes.

Face à possibilidade do funcionamento não simultâneo datotalidade dos dispositivos de utilização, considera-se nadeterminação do caudal de cálculo, o coeficiente de simul-taneidade mais adequado numa dada secção.

O coeficiente de simultaneidade é a relação entre o caudalsimultâneo máximo (caudal de cálculo) e o caudal acumu-lado (somatório dos caudais instantâneos) de todos os dispositivos de utilização alimentados por essa secção. Noanexo do Regulamento apresenta-se uma curva que, tendoem conta os coeficientes de simultaneidade, fornece oscaudais de cálculo, para um nível de conforto médio, emfunção dos caudais acumulados, que pode ser utilizadapara os casos correntes de habitação sem fluxómetros.Para outro tipo de conforto ou de utilização (estabeleci-mentos, restaurantes, escolas, etc.) deve ser o coeficiente de simultaneidade determinado por recurso a informaçõesexistentes ou a bibliografia específica. Contudo, quandoexistem fluxómetros, os caudais de cálculo devem ser obtidossomando aos caudais obtidos para os restantes aparelhos,através da curva referida acima, os caudais de cálculo dosfluxómetros, considerando os respectivos caudais instan-tâneos e a simultaneidade constante do quadro seguinte:

9.4 Sistemas prediais de distribuição deágua fria


A rede predial de água fria deve assegurar a sua distribuiçãoa todos os dispositivos instalados em boas condições. Oscaudais de cálculo na rede predial de água fria baseiam-senos caudais instantâneos atribuídos aos dispositivos de utilização e nos coeficientes de simultaneidade.

Para efeitos de cálculo da rede predial devem ser obtidos esão fornecidos, como acima já se referiu, os valores daspressões máximas e mínimas na rede pública no ponto deinserção daquela.

9.4.2 Dimensionamento hidráulico

No dimensionamento hidráulico da rede predial de águafria deve ter-se em atenção:

a) Os caudais de cálculo;

b) As velocidades de escoamento, que devem situar-seentre 0,5 e 2,0m/s;

c) A rugosidade do material.

Nos ramais de alimentação de fluxómetros para bacias deretrete devem ter-se em atenção as pressões mínimas deserviço a cujos valores correspondem os diâmetros constantesdo quadro seguinte:

9.4.3 Reserva predial de água para abastecimento doméstico

O armazenamento de água para o consumo humano emedifícios é normalmente autorizado pelos SMAS Porto, nocaso em que a rede pública não garanta eficazmente osconsumos e pressões prediais requeridas. Prevendo-se ainstalação de reservatórios estes são condicionados, porrazões de defesa de saúde pública dos utentes, à renovaçãona sua totalidade com periodicidade de pelo menos umavez por dia, ou seja, o cálculo do volume útil dos reser-vatórios destinados ao consumo humano não deve, exceptoem casos devidamente justificados, exceder o valorcorrespondente ao volume médio diário do mês de maiorconsumo, para a ocupação previsível. Os reservatórios deágua para consumo humano devem também ser sujeitos aoperações de inspecção e limpeza periódica.

1

2 a 10

11 a 20

21 a 50

Superior a 50

Número de fluxómetrosinstalados

1

2

3

4

5

Em utilização simultânea

200

80

50

25

32

40

Pressão (kPa) Diâmetro (mm)


142

e o fundo e a cobertura dos reservatórios não devem sercomuns aos elementos estruturais do edifício, nem as paredes comuns a paredes de edificações vizinhas. Cadareservatório ou célula de reservatório deve dispor de:

a) Entrada de água localizada, no mínimo a 50 mmacima do nível máximo da superfície livre do reser-vatório em descarga, equipada com uma válvula defuncionamento automático, destinada a interrompera alimentação quando o nível máximo de armazena-mento for atingido;

b) Saídas para distribuição, protegidas com ralo e colo-cadas, no mínimo, a 150 mm do fundo;

c) Descarregador de superfície colocado, no mínimo, a50 mm do nível máximo de armazenamento e condutade descarga de queda livre e visível, protegida comrede de malha fina, tipo mosquiteiro, dimensionadospara um caudal não inferior ao máximo de alimen-tação do reservatório;

d) Descarga de fundo implantada na soleira, com válvulaadequada, associada a caixa de limpeza;

e) Acesso ao interior com dispositivo de fecho queimpeça a entrada de resíduos sólidos ou escorrências.

Os reservatórios podem ser de betão, alvenaria de tijolo ou de blocos de cimento, aço ou outros materiais que semostrem adequados a manter a qualidade da águaarmazenada e os materiais e revestimentos usados na suaconstrução não devem alterar a qualidade da água afectandoa saúde pública.

O armazenamento de água para combate a incêndios éfeito em reservatórios próprios e independentes e não podepor princípio ser utilizado para outros fins.

A localização dos reservatórios deve permitir a sua fácilinspecção e conservação. Quando o armazenamento daágua se destina a consumo humano, os reservatóriosdevem ter protecção térmica e estar afastados de locaissujeitos a temperaturas extremas.

Como condições construtivas a ter em consideração realça-seque: os reservatórios devem ser impermeáveis e dotados dedispositivos de fecho estanques e resistentes; as arestasinteriores devem ser boleadas e a soleira ter a inclinaçãomínima de 1% para a caixa de limpeza, a fim de facilitar o esvaziamento; nos reservatórios com água destinada aconsumo humano e com capacidade útil igual ou superior a2,0 m3 devem ser constituídos, pelo menos, por duas células,preparadas para funcionar separadamente mas que, emfuncionamento normal, se intercomuniquem; sistema deventilação, convenientemente protegido com rede demalha fina, tipo mosquiteiro, de material não corrosivo, quedeve impedir a entrada de luz directa e assegurar a reno-vação frequente do ar em contacto com a água; a soleira eas superfícies interiores das paredes devem ser tratadascom revestimentos adequados que permitam uma limpezaeficaz, a conservação dos elementos resistentes e amanutenção da qualidade da água; a entrada e saída daágua nos reservatórios devem estar posicionadas de modoa facilitar a circulação de toda a massa de água armazenada


RESERVATÓRIOS DE ÁGUA POTÁVEL

Regras principais:

1. Reserva para 24 horas; 2. ≥2 células para manutenção ou reparação; 3. Localização em zona técnica acessível; 4. Independência darestante estrutura; 5. Isolamento térmico quando necessário; 6. Condições de acesso e de inspecção; 7. Tampa sobre a válvula de bóia;8. Envolvente protegida contra escorrimentos e infiltrações; 9. Limpeza interior/evitar ângulos apertados; 10. Pintura interior de protecção;11. Aberturas para ventilação; 12. Soleira com pendente de igual superior a 1%; 13. Rebaixo para retenção de areias; 14. Descargas defundo com válvula; 15. Descarga de superfície; 16. Caleira nas proximidades; 17. Alarme/detecção de fugas de água; 18. Protecção deaberturas com rede mosquiteiro; 19. Equipamento/acesso e atravancamento; 20. Entrada e saída da água em pontos opostos.

Fig. 1 - Esquema tipo de um reservatório

ESQUEMA-TIPO DE UM RESERVATÓRIO

143


Também a manutenção periódica dos reservatórios é aspecto importante a ter em consideração, nomeadamente, a sualimpeza e desinfecção, pelo que os SMAS Porto apresentam instruções de actuação para a execução dessas operações.

"Instruções para desinfecção de cisternas/depósitos"[1]

Se na sua casa houver depósito/cisterna, tenha os seguintes cuidados:

- Instale-o sempre em local de fácil 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 só para esse fim;

- Enxagúe todo o interior e esvazie-o de novo;

- Proceda à desinfestação do depósito/cisterna:

- Deixe entrar água limpa até cerca de metade da sua altura;

- Junte hipoclorito de sódio a 14% (à venda em drogarias). Atendendo à capacidade do depósito/cisterna, adicionepor cada m3 de água, 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 serviço e enxagúe para eliminar completamente o hipoclorito.

- Após esta operação o depósito/cisterna está pronto a receber a água que é distribuída."

[1] Fonte: "Documento Auxiliar de Procedimentos"; SMAS - Porto, Laboratório de Análises; Edição nº1; Revisão nº0; Página 1 de 1.

No dimensionamento das instalações elevatórias devemter-se em atenção:

a) O caudal de cálculo;

b) A pressão disponível a montante;

c) A altura manométrica;

d) O número máximo admissível de arranques por horapara o equipamento a instalar;

e) A instalação, no mínimo, de dois grupos electrobombaidênticos, normalmente destinados a funcionar comoreserva activa mútua e excepcionalmente em conjuntopara reforço da capacidade elevatória.

As instalações elevatórias ou sobrepressoras devem serlocalizadas em zonas comuns e ventiladas, que permitamuma fácil inspecção e manutenção e ser equipadas comgrupos electrobomba e dotadas de dispositivos de comando,assim como protecção contra o choque hidráulico, de segurança e de alarme, e de acessórios indispensáveis aoseu funcionamento e manutenção. Os grupos electrobombadevem ser de funcionamento automático e possuir caracte-rísticas que não alterem a qualidade da água. Os disposi-tivos de protecção devem ser definidos em função dasenvolventes de pressão máxima e mínima, resultantes daocorrência de choque hidráulico.

O funcionamento dos órgãos electromecânicos deve deter-minar, nos lugares ocupados, ruído de nível sonoro médionão superior a 30 dB(A); para o efeito deverão ser utilizadosapoios isolados e ligações elásticas às tubagens paraatenuação da propagação do ruído.

As canalizações e acessórios utilizados devem ser de materiaisde resistência adequada às pressões de serviço e às vibrações.

Abastecimento de água, circulação e trans-ferência de água, serviços industriais, pressu-rização, agricultura, etc.

Monocelulareshorizontais

Tipos de bombas Aplicações

Abastecimento de água, serviços industriais,irrigação e circulação de água em sistemas,pressurização, etc.

Monocelularesverticais

Elevação, pressurização e circulação de água,agricultura, etc.

Multicelulareshorizontais

Abastecimento de água, circulação e pressu-rização, serviços industriais, irrigação, insta-lações especiais, transferência de líquidos, etc.

Multicelularesverticais

Circulação de líquidos em circuitos de aqueci-mento abertos ou fechados, e circuitos dearrefecimento e de ar condicionado.

Circuladoras

Abastecimento de água, captação de águassubterrâneas, transferência de líquidos, rebai-xamento de aquíferos, sistemas de rega, etc.

Submersíveis

Drenagem de águas residuais, esvaziamentode reservatórios e piscinas, rebaixamento deaquíferos, agricultura, etc.

De drenagem(submersíveis)

Abastecimento de água em condições depequeno débito e elevada pressão.Jockey

9.4.4 Instalações elevatórias e sobrepressoras

9.4.4.1 Aspectos gerais

No quadro seguinte apresentam-se os tipos de bombas correntes no mercado e suas principais aplicações.

144

TENSÃO DE VAPOR DE ÁGUA FUNÇÃO DA TEMPERATURA

O factor de segurança "a" da expressão procura superar, queras imprecisões na determinação das perdas de carga no troçode tubagem de aspiração, quer as variações de pressão.

9.4.4.3.2 Altura manométrica total

A altura total desenvolvida pela bomba pode ser expressapor uma das seguintes equações:

Bomba funcionando em aspiração:

Htotal = hd + hs + fd + fs + (υ2/2g)

ou

Bomba funcionando em carga:

Htotal = hd - hs + fd + fs + (υ2/2g)

em que:

Htotal é a altura vencida pela bomba funcionando com o caudal de projecto (m.c.a.).

hd é a altura estática de descarga (em metros) igual à distância medida na vertical entre o eixo da bomba e o níveldo líquido no reservatório de descarga.

hs é a altura estática de aspiração (em metros) igual à distância entre o nível do líquido no reservatório de aspi-ração e o eixo da bomba.

Nota: Este valor é positivo ou negativo consoante a bombafuncione em aspiração ou com a aspiração em carga.

fd corresponde a perdas de carga na tubagem de descarga(m.c.a.)

fs corresponde a perdas de carga na tubagem de aspiração(m.c.a.)

u2 corresponde ao valor das perdas de carga na saída 2g (m.c.a.)

Nota: Geralmente as perdas de carga na saída (υ2/2g)representam uma pequena percentagem do valor da alturamanométrica total e são geralmente negligenciáveis.

9.4.4.2 Potência absorvida pela bomba

A determinação da potência absorvida pela bomba quegaranta o abastecimento solicitado é dada por:

P = γQH

P- Potência; γ- Peso volúmico; Q- Caudal; H- Altura de elevação.

A potência absorvida pela bomba tem de ser superior à queesta cede ao escoamento, devido às perdas nas transfor-mações de energia em presença. Designando por Hc a carga àentrada na bomba, a qual traduz o trabalho exteriorfornecido por um motor; por Hs a carga à saída da bomba, aqual traduz o ganho energético do líquido na sua passagempela bomba; por η o rendimento da bomba, o qual traduz a relação entre a potência ganha e a do motor e assume sempre valores inferiores à unidade. Temos então que adiferença entre Hs e Hc que corresponderá ao ganho depressão que o líquido sofrerá na sua passagem pela bomba,o qual irá ser representado por HTOTAL e será designado poraltura manométrica, sendo assim a potência absorvida pelabomba expressa por:

P= γQHTOTAL / η

P- Potência (W); γ- Peso volúmico (Nm-3

); Q - Caudal bombeado(m3s-1); HTOTAL- Altura manométrica (m) = Haspiração + Hcompressão;η- Rendimento da bomba (entre 60% a 70%).

9.4.4.3 Altura manométrica

9.4.4.3.1 Altura máxima de aspiração

A altura de aspiração representa o ganho de pressão que olíquido sofre na sua passagem, pela bomba.

Assim, a altura máxima de aspiração de uma bomba serácalculada de acordo com a expressão:

HMA = Patm/γ- [NSPH + Ja + Pv/γ + a]

HMA- Altura máxima de aspiração (m); Patm/γ- Alturaequivalente à pressão atmosférica (m); NSPH- Capacidadede aspiração (m); Ja- Perda de carga no troço de tensão devapor do líquido (m); Pv/γ- Altura equivalente da tensão devapor do líquido (m); a- Factor de segurança (m).

Sendo a pressão atmosférica normal é igual a 1,013x102kPA,considerando que o fluido bombeado é água, a que corres-ponde um peso volúmico de 9,8x103 N/m3, teremos que aaltura equivalente à pressão atmosférica será igual a 10,33m.

No que se refere à altura equivalente de tensão de vapor(pv/γ), esta varia com a temperatura do líquido; para a água,no quadro indicam-se alguns valor Hatm = Patm/γ, em funçãodas temperaturas indicadas.


Alturaequivalenteda tensão

de vapor (m)

Temperatura(°C)

10

0,13

20

0,24

30

0,43

50

1,26

80

4,83

100

10,33

145


9.4.5 Dimensionamento dos reservatórioshidropneumáticos

Os reservatórios hidropneumáticos são dimensionadostomando por base a "Lei de Boyle-Mariotte", a qual refereque o volume ocupado por uma dada massa de gás,mantendo constante a temperatura, varia na razão inversadas pressões que suporta, e que é expressa por:

P1V1 = P2V2= c

em que P1 e P2 representam as pressões de sujeição, V1 e V2

os correspondentes volumes ocupados e c é uma constante(constante dos gases perfeitos).

Considerando o reservatório representado na figura, ondePmáx representa o nível máximo de água a que correspondea pressão de paragem do elemento de bombeamento, Pmin

representa o nível mínimo a que corresponde a pressão dearranque do elemento de bombeamento, Vamin o volume dear a que corresponde a pressão mínima, Vamax o volume de ara que corresponde a pressão máxima, Vágua o volume deágua a introduzir no reservatório e Vr o volume de reservaou segurança.

Fig. 2 - Reservatório hidropenumático

Vtotal = {Vágua (Pmáx + 1)} / {0,8 (Pmáx - Pmin)}

O objectivo dos depósitos hidropneumáticos é o de limitaro número horário de arranques dos grupos de sobrepressão,tendo em atenção o caudal de bombeamento e os limites depressão pré-estabelecidos. As fórmulas empíricas permitema determinação dos volumes totais dos depósitos respecti-vamente para os depósitos sem membrana e com membrana,tendo em conta os factores já mencionados.

Vtotal = {1,25Qp (Pmáx + 10)} / {4N(Pmáx - Pmin)}

Vtotal = {Qp Pmáx } / {4N Pmáx - (Pmin-2)}

Vtotal- volume do depósito (m3); Qp- caudal bombeado (m3/h);Pmáx- pressão manométrica máxima (m.c.a.); Pmin- pressãomanométrica mínima (m.c.a.); N- número de arranques porhora.

Os reservatórios hidropneumáticos são importantes emedifícios de habitação, pois ao limitarem o número dearranques por hora podem, se adequadamente dimensio-nados, permitir que em utilização normal os sistemas elevatórios não funcionem em períodos nocturnos depequenos consumos evitando os ruídos e vibrações quetanto incomodam e são objecto de justas reclamaçõespelos habitantes dos respectivos edifícios. Em situações deedifícios de habitação, de serviços, industriais e similares(unidades hoteleiras, unidades de saúde, centros comerciais,etc.) justificam-se soluções de instalação de sistemas elevatórios de velocidade e caudal variável, que propor-cionem economias numa relação de poupança energé-tica/eficiência do sistema, como alternativa aos reserva-tórios hidopneumáticos.

9.5 Sistemas prediais de distribuição deágua quente


Far-se-á, de seguida, uma abordagem dos sistemas prediaisde abastecimento de água quente sanitária. Estes sistemasvisam garantir o fornecimento de água quente nas condiçõesde temperatura, quantidade e qualidade adequadas ao usosanitário. Importante é considerar as condições técnicasque determinam a sua utilização, incluindo a questão darecirculação e isolamento térmico.

Os sistemas de produção e distribuição de água quentedevem garantir as temperaturas mínimas de utilizaçãonecessárias nos dispositivos de utilização em função dograu de conforto e economia desejados, recorrendo, senecessário, à circulação forçada ou retorno.

Nos edifícios de habitação é sempre obrigatória a existênciade sistemas de produção e distribuição de água quente acozinhas e instalações sanitárias. A rede predial de águaquente visa assegurar a distribuição em boas condições deágua quente sanitária.

Os caudais de cálculo da rede predial de água quentedevem ser obtidos de acordo com o disposto para a água fria.

No dimensionamento hidráulico da rede predial de águaquente deve seguir-se o disposto para a água fria mas terem consideração um coeficiente de rugosidade menor, logomenor perda de carga.

9.5.2 Aparelhos produtores de água quente

É importante que o sistema de aquecimento de água sejadefinido já na fase de projecto, uma vez que sua instalaçãoadequada exige certos cuidados que interferem directa-mente no desenho do projecto, tal como nas instalaçõeseléctricas, hidráulicas e de ventilação.

146

A segurança dos aparelhos produtores de água quente deveser garantida na sua construção, nos ensaios de qualidadee na sua localização e instalação e é obrigatória a instalaçãode válvula de segurança no ramal de alimentação de termoacumuladores. Por razões de segurança é interdita ainstalação de aparelhos produtores de água quente a gásnas instalações sanitárias ou em locais que se não situemjunto da envolvente exterior do edifício.

A escolha do sistema depende do tipo de energia a ser utili-zado para aquecer a água: eléctrico, a gás ou solar. A partirdaí, é definido o sistema de alimentação dos equipamentos:

a) Por acumulação, em que a água aquecida ficaarmazenada em acumuladores;

b) De passagem, em que a água é aquecida gradual-mente, à medida em que passa pelo aparelho.

A produção de água quente para distribuição aos disposi-tivos de utilização pode fazer-se, consoante as característicasdo edifício de habitação, através de aparelhos de produçãoinstantânea (esquentadores) ou de aparelhos de acumu-lação (termoacumuladores eléctricos ou a gás e depósitosde água quente com circuito primário de aquecimento) ouainda pela combinação de ambos.

As caldeiras murais são muitas vezes sistemas mistos quecombinam a produção de água quente para aquecimentodo ambiente (circuitos fechados) com a produção instan-tânea de água quente sanitária. Aqui, comportam-se comovulgares esquentadores ou podem, através de um circuitoprimário de aquecimento, promover a acumulação de águaquente em depósitos de água.

A escolha do sistema a instalar deve ser efectuada emfunção das necessidades instantâneas e horárias de águaquente e da análise técnico económica das várias alterna-tivas que se nos oferecem, o que pressupõe o conhecimentodas características térmicas dos aparelhos atrás referidos.Deve ter-se ainda em atenção a necessidade de águaquente para outros fins (que não os sanitários), tais como oaquecimento central ou a climatização.


Fig. 3 - Esquema tipo de ligação a termoacumuladores

9.5.3 Necessidades de água quente e escolhados aparelhos de produção

As necessidades instantâneas de água quente devem serestimadas a partir do somatório dos caudais instantâneos aatribuir aos dispositivos de utilização servidos por águaquente, afectado de um coeficiente de utilização simultânea.

Os esquentadores apresentam-se no mercado com diferentespotências, sendo as mais usuais de 250, 320 e 380 Kcal/min.Se a temperatura da água fria for de 15°C à entrada noesquentador e que se pretende água quente a 40°C, os valoresencontrados são os indicados no quadro, o que leva asdesignações comerciais correntes dos esquentadores em10, 13 e 16 l/min.

As potências dos termoacumuladores eléctricos são variáveisconsoante as suas capacidades e os tempos de aquecimento,sendo esta última característica a que determina a desig-nação vulgar de termoacumuladores de aquecimento lento,normal e rápido.

Os termoacumuladores eléctricos correntes no mercado comcapacidade de 100 litros e apresentam uma das seguintespotências: Aquecimento lento - 1000w; Aquecimentonormal - 1750w; Aquecimento rápido - 3000w.

Sendo a temperatura normal de acumulação de 60°C e parauma mesma temperatura de 15°C de água fria, temos asituação referida no quadro seguinte, considerando que1KW = 0,864 Kcal.

Os termoacumuladores a gás possuem potências térmicasmais elevadas do que os eléctricos, o que permite aquecer omesmo volume de água em menos tempo ou reduzir acapacidade do depósito de acumulação.

Débito de A.Q. a40°C

∆t=40°-15°=25°C

Potência Térmica(kcal/min)

250

250/25=10 l/min

320

320/25=12,8 l/min

380

380/25=15,2 l/min

Potência (Kcal/h)

Tipo determoacululador

Aquecimentolento

864

Aquecimentonormal

1512

Aquecimentorápido

2592

∆T=60°C-15°C 45°C 45°C 45°C

Caudal aquecidoem 1 hora (litros)

864/45=19,2 1512/45=33,6 2592/45=57,6

Tempo deaquecimento de100 litros (horas)

100/19,2=5,2 100/33,6=3,0 100/57,6=1,7

147


Um termoacumulador a gás com a potência de 14.100kcal/h e considerando o diferencial térmico de 45°C entre a temperatura de água fria e de água quente acumulada,teremos por hora 313 l (14100kcal/h:45°C). A potênciadeste termoacumulador é inferior à de um esquentador de10 l/min (14100kcal/h=235kcal/min), o que se traduz numconsumo instantâneo menor de gás.

9.5.4 Sistemas de distribuição de águaquente com recirculação

A implementação em edifícios dos sistemas de distribuiçãocom retorno de água aos aparelhos de produção exige algumaatenção pelas economias de água e energia que podemproporcionar, bem como a qualidade e conforto que seespera do sistema.

A rede de distribuição deve ser dimensionada até à últimaderivação pelo método de dimensionamento definido peloregulamento.

Deve-se ter em consideração que as perdas de calorna tubagem variam consoante o tipo de isolamento, odiâmetro do tubo, o tipo de tubagem e a temperaturaambiente nos locais em que circulam. Para tubos metálicos,consideraram-se aceitáveis os valores seguintes para perdas de calor em kcsl/h por metro linear de tubagem.

Por outro lado, para o dimensionamento das bombas derecirculação deve-se determinar a perda de carga total docircuito: às perdas de carga contínuas é necessário adicionaras perdas de carga acidentais (curvas, tês, válvulas, etc.).Seguidamente, a consulta e análise das curvas caracterís-ticas das bombas é fundamental, com vista à sua selecção.

Diâmetro

DN 15

DN 20

DN 25

16

23

27

13

16

22

Locais n/ aquecidosTubos isolados

Locais aquecidosTubos isolados

Fig. 4 - Distribuição de água quente com recirculação

Como distâncias meramente indicativas para que se devaponderar a hipótese de adoptar, com vantagem económicae conforto, o circuito de recirculação ou retorno apresenta-seo quadro seguinte:

Fig. 5 - Distâncias máximas sem retorno

DIÂMETRO E DISTÂNCIA MÁXIMA SEM RETORNO

9.6 Traçado


O traçado das canalizações deve ser constituído por troçosrectos, horizontais e verticais, ligados entre si por acessóriosapropriados, devendo os primeiros possuir ligeira incli-nação para favorecer a saída do ar, recomendando-se 0,5%como valor orientativo. A exigência de acessórios pode ser dispensada nos casos em que se utilizem canalizaçõesflexíveis.

As canalizações interiores da rede predial de água fria ouquente podem ser instaladas à vista, em galerias, caleirasou tectos falsos, embainhadas ou embutidas. As canaliza-ções não embutidas são fixas por braçadeiras espaçadasem conformidade com as características de material.

Devem ser tidos em consideração os problemas dedilatação e contracção da tubagem, nomeadamente nainstalação de juntas e no tipo de braçadeiras a utilizar. Nainstalação de canalizações de água quente assume particularimportância as dilatações e contracções das tubagens.

As canalizações exteriores da rede predial de água fria ou quente podem ser enterradas em valas, colocadas emparedes ou instaladas em caleiras, devendo ser sempre protegidas de acções mecânicas e isoladas termicamentequando necessário.

d (mm)

15 (1/2'')

20 (3/4'')

25 (1'')

32 (1¼'')

40 (1½'')

l (m)

50

30

15

10

7,5

148


9.6.2 Isolamento das canalizações

As canalizações de água quente, mas também em zonas de baixas temperaturas as de água fria; devem ser sempreisoladas com produtos adequados, imputrescíveis, nãocorrosivos, incombustíveis e resistentes à humidade.Podem não ser isoladas as derivações para os dispositivosde utilização e respectivos ramais de retorno, quando depequeno comprimento.

Valores de espessura de isolamento recomendados

Fig. 6 - Isolamento térmico de canalizações

As canalizações e respectivos isolamentos devem ser prote-gidos sempre que haja risco de condensação de vapor deágua, de infiltrações ou de choques mecânicos.

9.6.3. Execução das redes prediais

As canalizações de água quente devem ser colocadas,sempre que possível, paralelamente às canalizações de águafria e acima destas. A distância mínima entre canalizaçõesde água fria e de água quente é de 50 mm.

As canalizações não devem ser instaladas nas seguintescondições:

a) Sob elementos de fundação;

b) Embutidas em elementos estruturais;

c) Embutidas em pavimentos, excepto quando flexíveise embainhadas;

d) Em locais de difícil acesso;

e) Em espaços pertencentes a chaminés e a sistemas deventilação.

Devem ainda ser consideradas medidas destinadas a atenuaros fenómenos de corrosão, devendo para o efeito:

a) As canalizações metálicas da rede serem executadas,de preferência com o mesmo material;

b) No caso de materiais diferentes, o material maisnobre ser instalado a jusante do menos nobre, proce-dendo-se ao seu isolamento por juntas dieléctricas;

c) O assentamento de canalizações metálicas de redesdistintas ser feito sem pontos de contacto entre si oucom quaisquer elementos metálicos da construção;

d) O assentamento de canalizações não embutidas serfeito com suportes de material inerte, do mesmomaterial, ou de material de nobreza próxima inferior;

e) O atravessamento de paredes e pavimentos ser feitoatravés de bainhas de material adequado de nobrezaigual ou próxima inferior ao da canalização;

f) As canalizações metálicas serem colocadas, sempreque possível, não embutidas;

g) Ser evitado o assentamento de canalizações metálicasem materiais potencialmente agressivos;

h) As canalizações enterradas serem executadas,preferencialmente, com materiais não metálicos.

As tubagens e acessórios que constituem as redes interioresde água fria podem ser de aço galvanizado, ferro fundido,PVC rígido, cobre ou aço inoxidável ou outros adequados eaprovados.

9.7 Elementos acessórios da rede

9.7.1 Torneiras e fluxómetros

As torneiras e fluxómetros devem ser colocados em locaisacessíveis, por forma a permitir a sua fácil manobra emanutenção.

As torneiras e os fluxómetros podem ser de latão, com ousem revestimento cromado, ou de outros materiais quereunam as necessárias condições de utilização.

9.7.2 Válvulas

As válvulas devem ser colocadas em locais acessíveis porforma a permitir a sua fácil manobra e manutenção.

149


As válvulas podem ser de latão, bronze, aço e PVC, ou outrose serem de material de nobreza igual ou tão próxima quantopossível do material das tubagens em que se inserem.

TIPO DE VÁLVULA

SECCIONAMENTO

RETENÇÃO

SEGURANÇA

Impedir ou estabelecera passagem de águaem qualquer dossentidos

Impedir a passagem deágua num dos sentidos

Manter a pressãoabaixo de determinadovalor por efeito dedescarga

À entrada:- dos ramais de intro-

dução individuais- dos ramais de distri-

buição das instalaçõessanitárias e dascozinhas

A montante:- Autoclismos- Fluxómetros- Máquinas lavar roupa- Máquinas lavar louça- Equipamento produtor

de água quente- Purgadores de água

A montante ea jusante:- Contadores

A montante:

- Aparelhos produtores- Acumuladores de

água quente

- De qualquer redenão destinada a fins alimentarese sanitários

Na alimentação deaparelhos produtores- Acumuladores de

água quente

REDUTORA DEPRESSÃO

Manter a pressãoabaixo de determinadovalor com a introduçãode uma perda de carga

Nos ramais de introdução sempre que a pressão seja superior a 600Kpa e ou as necessidadesespecíficas do equipa-mento o exijam.

REGULAÇÃO Permitir regulaçãodo caudal

FINALIDADEÉ OBRIGATÓRIA A SUA

INSTALAÇÃO:

9.7.3. Contadores

É aos SMAS, como entidade responsável pelo sistema dedistribuição pública de água, aquela que define o tipo, o calibre e a classe metrológica do contador a instalar.

São, contudo, parâmetros que determinam a definição docontador:

a) As características físicas e químicas da água;

b) A pressão de serviço máxima admissível;

c) O caudal de cálculo previsto na rede de distribuiçãopredial;

d) A perda de carga que provoca.

Fig. 7 - Perdas de carga em contadores

É obrigatório instalar um contador por cada consumidor,garantindo-se a medição de todos os consumos, podendoestes ser colocados isoladamente ou em conjunto, consti-tuindo, deste modo, uma bateria de contadores.

O espaço destinado ao contador ou bateria de contadores eseus acessórios deve obedecer aos esquemas tipo apresen-tados pelos SMAS.

A localização dos contadores é a seguinte:

- Nos edifícios confinantes com a via ou espaços públicos,os contadores devem localizar-se no seu interior, na zonade entrada ou em zonas comuns consoante se trate de umou de vários consumidores.

- Nos edifícios com logradouros privados, os contadoresdevem localizar-se:

a) No logradouro junto à zona de entrada contígua coma via pública, no caso de um só consumidor;

b) No interior do edifício, em zonas comuns ou nologradouro junto à entrada contígua com a via pública,no caso de vários consumidores.

PERDAS DE CARGA EM CONTADORES(VALORES APROXIMADOS EM METROS DE COLUNA DE ÁGUA - M.C.A.)

150


Fig. 8 - Instalação de contadores

9.8 Verificação, desinfecção e funcionamento hidráulico

9.8.1 VerificaçãoTodas as canalizações, antes de entrarem em serviço,devem ser sujeitas a verificação e ensaios com o objectivode assegurar a qualidade da execução e o seu funciona-mento hidráulico.

A verificação da conformidade do sistema com o projectoaprovado e com as disposições legais em vigor deve serfeita com as canalizações e respectivos acessórios à vista.

O ensaio de estanquidade deve ser conduzido com ascanalizações, juntas e acessórios à vista, convenientementetravados e com as extremidades obturadas e desprovidasde dispositivos de utilização.

O processo de execução e interpretação do ensaio é o seguinte:

a) Ligação da bomba de ensaio com manómetro, locali-zada tão próximo quanto possível do ponto de menorcota do troço a ensaiar;

b) Enchimento das canalizações por intermédio dabomba, de forma a libertar todo o ar nelas contido egarantir uma pressão igual a uma vez e meia apressão máxima de serviço, com o mínimo de 900 kPa;

c) Leitura do manómetro da bomba, que não deve acusarqualquer redução, durante um período mínimo de 30minutos;

d) Esvaziamento do troço ensaiado.

9.8.2 Desinfecção dos sistemas

Os sistemas de distribuição predial de água para consumohumano, incluindo os respectivos reservatórios quandoexistirem, depois de equipados com os dispositivos de utili-zação e antes de entrarem em funcionamento, devem sersubmetidos a uma operação de desinfecção com perman-ganato de potássio, com a seguinte metodologia:

a) Preparação da solução desinfectante

Dissolver a quantidade de permanganato de potássionecessária (150 gramas por cada m3 de volume da redea desinfectar) em água aquecida a uma temperaturaentre 40°C e 45°C, até conseguir uma solução o maishomogénea possível. O volume da solução deve ser de1/10 do volume da rede a desinfectar. Esta operaçãodeve ser feita na véspera do dia de início da desinfecção.

b) Enxaguamento prévio da rede

Esvaziar a rede através das torneiras de purga existentesnos pontos mais baixos, encher de novo e esvaziar,repetindo a operação durante cerca de 2 horas, paraassegurar uma limpeza eficaz.

c) Introdução da solução desinfectante

Através do ponto de injecção, introduzir a soluçãodesinfectante sob pressão com um caudal regulado emfunção do caudal do escoamento fixado (1 parte dasolução para 9 partes da água em escoamento). Abrir,de montante para jusante (do contador para as extremi-dades da rede) cada torneira até ao aparecimento da corviolácea. Fechá-la de seguida e passar à seguinte.Quando a cor violácea aparecer na última torneira,fechá-la e parar a injecção da solução desinfectante.

d) Período de contacto

Manter a rede isolada durante um período de 48 horas,a fim de o desinfectante poder actuar.

e) Enxaguamento final

Abrir as torneiras pela ordem inversa da adoptada noenchimento, isto é, de jusante para montante, deixandosair a água durante cerca de 2 horas, em caudal razoável,período este que, em princípio, será suficiente para alavagem final da rede.

f) Recolha de amostras

Recolher amostras para análise laboratorial confirma-tiva da qualidade da água.

A desinfecção da rede predial só deve ser feita depois de estabelecido e aprovado o ramal de ligação pela enti-dade responsável pelo sistema de distribuição públicade água, e de forma que não seja possível qualquerrefluxo para a rede pública da solução desinfectante,ou para qualquer outra rede predial interior, e que seencontrem previamente desinfectados os órgãos situadosdesde o ponto de injecção até ao ramal de ligação, inclu-sive este.

151


9.8.3 Prova de funcionamento hidráulico

Após os ensaios de estanquidade e a instalação dos dispo-sitivos de utilização, deve verificar-se o comportamentohidráulico do sistema por simples observação visual.

Conclusão

A concluir deixa-se a indicação dos elementos que deveminstruir o processo de aprovação do projecto de redes prediais (Art.º 304º).

Assim, o pedido de aprovação deve ser instruída com osseguintes elementos:

a) Requerimento subscrito pelo promotor, dirigido aoDirector Delegado dos Serviços MunicipalizadosÁguas e Saneamento do Porto, solicitando a apro-vação do projecto;

b) Termo de responsabilidade do técnico autor do projecto;

c) Documento do Município comprovativo da aprovaçãodo projecto de arquitectura, quando for caso disso;

d) Documento donde conste as condições definidas peloBatalhão Sapadores Bombeiros;

e) Memória descritiva e justificativa, onde conste identi-ficação do proprietário, natureza, designação e localda obra, tipo da obra, descrição da concepção dos sistemas, materiais e acessórios, e instalações comple-mentares projectadas;

f) Cálculo hidráulico onde conste os critérios de dimen-sionamento adoptados e o dimensionamento das redes, equipamentos e instalações complementaresprojectadas;

g) Estimativa descriminada do custo, a preços correntes,da obra específica a executar;

h) Planta de localização fornecida pelos ServiçosMunicipalizados Águas e Saneamento do Porto, na qualconste: Delimitação do terreno; Indicação do corpo oucorpos que constituem as obras; Edificações existentesno terreno, se as houver; Representação dos ramaisde introdução de água e de águas residuais domésticase Representação simplificada do colector predial;

i) Peças desenhadas dos traçados em plantas e cortes àescala mínima 1:100, com indicação dos materiais eacessórios das canalizações, dos diâmetros e incli-nações das tubagens, dos órgãos acessórios e insta-lações complementares e dos respectivos pormenoresque clarifiquem a obra projectada;

j) Representação esquemática axonométrica da rede dedistribuição de água.

k) Os elementos acima referidos serão apresentados emoriginal e duas cópias para o referido nas alíneas b) a j).

As peças escritas devem ser apresentadas dactilografadasou impressas em folhas de formato A4, paginadas e todaselas subscritas pelo técnico responsável pelo projecto. Aspeças desenhadas devem ser apresentadas com formatos edobragem concordantes com o estipulado nas NormasPortuguesas NP48 e NP49, não excedendo as dimensões doformato A0. Os caracteres alfanuméricos devem obedecer àNorma Portuguesa NP89. Todos os desenhos devem possuirlegenda no canto inferior direito, respeitando a NormaPortuguesa NP204 e contendo, no mínimo, a seguinte infor-mação:

a) Designação e local da obra, indicando se se trata deobra nova, de ampliação ou remodelação;

b) Identificação do proprietário;

c) Nome, qualificação e assinatura do autor do projecto;

d) Número, descrição do desenho, escalas e data;

e) Especificação quando se trata de projecto de alteração;

f) Legenda específica das redes representadas.

152



BACELLAR, H.R., Instalações Hidráulicas e Sanitárias. Ed.São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1997

CANHA DA PIEDADE, A., RODRIGUES, A. Moret, e RORIZ, LuísF., Climatização em Edifícios, Envolvente e ComportamentoTérmico, Edições Orion, Amadora, 2000

COELHO, António Leça, Segurança Contra Incêndios emEdifícios de Habitação, Edições Orion, Amadora, 1998

MEDEIROS, Carlos, Regulamento dos Sistemas Públicos ePrediais de Distribuição de Água e de Drenagem de ÁguasResiduais (Anotado), Editorial FEUP, Porto, 1998

MEDEIROS, Carlos, Instalações de Edifícios, Editorial FEUP,Porto, 2004

MEDEIROS, Carlos, Redes e Instalações em Edifícios,Editorial Faculdade de Arquitectura, Porto, 2004

MACINTYRE, Archibald J., Manual de Instalações Hidráulicase Sanitárias, Livros Técnicos e Científicos Editora Rio deJaneiro, 1990

MIRANDA, Angel Luis, Instalaciones, Grupo Editorial CEAC,S.A., Barcelona, 1995

PEDROSO, Victor M. Ramos, Regras de Dimensionamentodas Redes Prediais de Distribuição de Água ResiduaisDomésticas e Pluviais, LNEC, 1996

Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e de Drenagemde Águas Residuais e Prediais de Distribuição de Água, 1995

153

Sistemas de Abastecimento Público e Predial em Lisboa

10. SISTEMAS DE ABASTECIMENTO PÚBLICOE PREDIAL EM LISBOA

Autor: Ana Amélia SantosEngenheira Civil

Responsável do Departamento de Novos Abastecimentos

Área de Negócio de Distribuição

EPAL - Empresa Portuguesa das Águas Livres, S.A.

155


EPAL - Das origens à torneira do consumidor

A EPAL - Empresa Portuguesa das Águas Livres, SA é uma sociedade anónima de capitais integralmente públicos, detida a 100%pela AdP - Águas de Portugal, cuja missão é o abastecimento de água para consumo humano, na sua área de influência eeventualmente noutras áreas limítrofes, visando a prestação de um serviço de qualidade com respeito pelos aspectos essen-ciais de ordem social e ambiental, colocando as suas capacidades ao serviço do interesse nacional.

Pelo seu "know-how", modernidade das tecnologias utilizadas, qualidade dos serviços prestados e larga experiência, desem-penha um papel fundamental para o desenvolvimento do sector da água quer nacional quer internacional, merecendoreferência a sua participação em projectos de âmbito internacional, quer individualmente quer integrada no GrupoAdP - Águas de Portugal.

A EPAL é responsável por um sistema de produção, transporte e distribuição que se desenvolve ao longo de mais de 1 900 km,cuja gestão é da responsabilidade de duas Áreas de Negócio distintas:

• Área de Negócio de Produção e Transporte responsável por todas as Captações, Estações de Tratamento e Adutores, quegarantem a produção e o transporte de água;

• Área de Negócio de Distribuição responsável pela gestão e manutenção da Rede Geral de Distribuição, afecta ao abaste-cimento domiciliário, no concelho de Lisboa.

Origem e qualidade de água

A EPAL abastece de água com qualidade cerca de 2,6 milhões de pessoas, de 26 concelhos da margem norte do rio Tejo,correspondendo a área total abastecida a 5 443 Km2. Mantém relações contratuais com cerca de 335 mil clientes directos,do concelho de Lisboa, onde assegura o abastecimento domiciliário.

As preocupações da EPAL não se centram somente ao nível da quantidade de água fornecida, mas principalmente ao nívelda qualidade.

Para assegurar a qualidade da água, esta é submetida a vários processos nas estações de tratamento: Pré-cloragem,Remineralização e correcção de agressividade, Coagulação química e floculação/decantação, Filtração, Equilíbrio e ajuste dopH e Desinfecção final com cloro gasoso.

Um dos objectivos primordiais da EPAL consiste na monitorização da qualidade da água em toda a extensão do seu sistemade abastecimento, desde os recursos hídricos utilizados até ao ponto de entrega ao consumidor. Esta preocupação é de factohistórica e está comprovada pelo estudo analítico mais antigo (1791) que se conhece sobre as águas do sistema de abasteci-mento de água à Cidade de Lisboa. O primeiro registo de resultados de análises bacteriológicas à água pela antiga Companhiadas Águas de Lisboa (CAL), remonta a 1897.

Actualmente, o Laboratório Central da EPAL orgulha-se de ser um dos melhores laboratórios de análises de água do país e daEuropa, dispondo para o efeito de técnicos especializados nas áreas de microbiologia, química orgânica e química inorgânica,bem como de equipamentos analíticos de última geração.

157


10.1 Introdução

A presente comunicação pretende dar a conhecer:

• A concepção global dos sistemas de distribuição em Lisboa;

A EPAL é responsável por todo um sistema de produção("alta") e distribuição ("baixa") que se desenvolve por maisde 1900 Km, cuja gestão é da responsabilidade de duasáreas de negócio distintas:

Área de Negócio de Produção e Transporte e Área deNegócio de Distribuição;

• A concepção global dos sistemas prediais em Lisboa;

É também da responsabilidade da EPAL a aprovação, a fiscalização bem como a ligação à rede de distribuição deágua de todos os sistemas prediais na cidade de Lisboa.

As regras da EPAL no que se refere à elaboração dos projectosde redes prediais, abrangendo uma breve descrição doManual da EPAL publicado em Fevereiro 2002.

Em complemento, pretende também divulgar os aspectosrelevantes dum serviço de interesse público de relevanteimpacto social, bem como divulgar os resultados alcançadoscom o estabelecimento dessas mesmas regras.

A experiência da EPAL ilustra os benefícios da adopção edivulgação de regras técnicas no âmbito interno, ou seja,organização, eficiência e produtividade, bem como noâmbito do serviço prestado ao requerente do processo deabastecimento, como sendo, fiabilidade, segurança e quali-dade do serviço, evidenciando como os resultados foramefectivamente melhorados.

• Enquadramento legislativo.

Palavras - chave: sistema de produção e transporte, sistemade distribuição, tratamento/qualidade de água, zonas dedistribuição, elevação, reserva, pressão, processo deabastecimento, manual de redes prediais, qualidade deserviço, satisfação do Cliente, melhoria contínua, legislação.

10.2 Concepção global dos sistemas de distribuição em Lisboa


O Sistema de Distribuição de água à cidade de Lisboa é umsistema complexo quer pela sua extensão, cerca de 1 400km de rede com diâmetros que variam entre os 80 e os1500 mm, quer pela acentuada orografia da cidade, a qual seestende desde o nível do rio Tejo até cotas superiores a 170 m.

Deste sistema depende cerca de 335 000 clientes com contrato, localizados na cidade de Lisboa e para os quais se

utiliza em média, aproximadamente, 260 000 m3 de águapor dia,e directamente parte dos concelhos limítrofes designa-damente Loures, Oeiras, Odivelas e Amadora.

Esgotada a capacidade máxima de transporte entre VilaFranca de Xira e Lisboa através dos três adutores existentes,Aqueduto Alviela, Tejo e Adutor V.F.Xira/Telheiras, projec-tou-se a construção do Adutor de Circunvalação, obraplaneada de forma a abastecer os concelhos adjacentesdesviando caudais da cidade de Lisboa.

A partir da entrada em funcionamento deste último adutor,Abril de 2001, a Rede de Distribuição passou a estar sobredimensionada face às suas necessidades. Em termos gerais,actualmente transitam pela rede de Lisboa com destinoaos concelhos limítrofes, 70 000m3/dia de água para uma capacidade máxima efectiva de 300 000 m3/dia.Acrescente-se ainda que nos últimos anos, apesar de poucosignificativo, tem-se verificado uma diminuição dos volumes utilizados dentro da cidade.

10.2.2 Caracterização da rede de Lisboa

Em Lisboa, a Rede Geral de Distribuição, com cerca de 1 400Km, é constituída por 15 reservatórios, 9 estações eleva-tórias, cerca de 11 mil válvulas com diâmetros nominaisvariáveis entre 150 e 1 000 mm e 93 mil ramais de ligaçãoaos prédios, proporcionando o abastecimento domiciliárionuma área de 83 km2 que alberga uma população de 564mil habitantes residentes. É abastecida pelo AquedutoAlviela, Aqueduto Tejo, Adutor Vila Franca-de-Xira/Telheirase pelo Adutor de Circunvalação, cujas capacidades de entregaa Lisboa são, respectivamente, 35 mil m3/dia, 360 mil m3/dia,240 mil m3/dia e 60 mil m3/dia.

A maior parte das condutas encontra-se aproximadamentea 1,0 m de profundidade. Em certas situações especiaise nos casos de maiores diâmetros, a profundidade dascondutas é de 2,5 m ou mesmo superior, atingindo 4 ou 5 m.

A rede de distribuição de Lisboa está digitalizada e repro-duzida num sistema de informação geográfica, designadoInteráqua, precioso auxiliar das equipas de manutenção.Neste sistema, além de permitir localizar todas as condutase órgãos da rede, são registadas todas as intervenções possi-bilitando a criação de uma base de dados relacionados coma manutenção da rede.

Este sistema tem um interface com o sistema de gestão declientes para identificar os clientes cujo abastecimentopossa ser afectado, quer por suspensões provocadas porobras de expansão ou renovação da rede, quer por roturascasuais cuja reparação é assegurada por piquetes que actuam24 horas por dia.

158


A EPAL tem em curso um programa de renovação da rede,com substituição da rede mais antiga, cujo investimento éna ordem dos 80 milhões de euros. Complementarmentetem-se em desenvolvimento um sistema de apoio à decisão- sistema integrado de medição, de modo a integrar e tratara informação sobre volumes de água utilizada em determi-nada malha de rede, nomeadamente, por zona de abasteci-mento, e a informação processada pelo sistema de clientesque regista a água facturada. Este sistema de medição inte-grado tem como finalidade o acompanhamento da evoluçãode perdas de água.

10.2.2.1 Princípios hidráulicos da rede

Os principais princípios a ter em conta na Rede deDistribuição são:

• Estabilidade das pressões nos pontos de abastecimentogarantindo uma pressão mínima na soleira dos edifí-cios de 300 kPa e máxima de 600 kPa;

• Garantir a qualidade da água ao longo da rede;

• Reserva de água que garanta estabilidade no forneci-mento e segurança em caso de incidentes;

• Existência de alternativas de abastecimento.

A Rede de Distribuição na cidade de Lisboa abastece osclientes em patamares altimétricos, de 30 em 30 metros,identificados por cores diferentes na figura seguinte:

Reservatório

EstaçãoElevatória

Ponto de entrega1 sentido

Ponto de entrega2 sentidos

Fig. 1 - Esquema em planta representativo da rede de distribuição na cidade de Lisboa

159


Os reservatórios que garantem o abastecimento das zonasaltimétricas funcionam como reservatórios de extremidadee localizam-se aproximadamente 30 metros acima dospontos de abastecimento mais elevados, da respectiva zonaaltimétrica. Esta localização permite garantir uma pressãona soleira do ponto de abastecimento entre os 300 kPa eos 600 kPa.

Na figura anterior são também identificadas as estaçõeselevatórias e reservatórios que fazem parte integrante darede de distribuição, bem como todas as interligações aosistema de produção e transporte (distribuição em Alta).

O sistema de distribuição de água da EPAL na cidade deLisboa possui características muito próprias, no qual a águaé elevada directamente para a rede de distribuição.

St. Cruz

Fig. 2 - Diagrama altimétrico representativo da rede de distribuição na cidade de Lisboa

160


10.2.2.2 Caracterização dos materiais da rede

O sistema da EPAL existe há mais de cem anos, tendo natu-ralmente ao longo da sua vida sido utilizados diversosmateriais, sendo os principais: o aço, betão pré-esforçado,ferro fundido cinzento, ferro fundido dúctil e ferro galva-nizado, fibrocimento, polietileno de alta densidade. Apredominância do ferro fundido cinzento, ferro fundidodúctil, e do fibrocimento continua sensivelmente a repre-sentar um maior peso, tendo no entanto, o PEAD, nosúltimos anos (desde 2002), vindo a aumentar a sua apli-cação, principalmente na renovação da rede, numa médiade 60 km/ano.

10.2.2.3 Identificação das patologias mais correntes

As patologias mais correntes em tubagens e acessóriosassumem em geral as seguintes formas:

• Roturas por acções de choque mecânico;

• Roturas devidas a movimentos dos solos;

• Roturas devidas a aumentos das cargas externastransmitidas pelo solo;

• Deterioração ao longo do tempo da tubagem e/ou dasjuntas e acessórios;

• Corrosão generalizada, localizada, galvânica, correntesvagabundas;

• Redução da secção útil dos tubos devido a incrustações;

• Qualidade deficiente ao nível dos tubos, acessórios ecomponentes utilizados na execução das uniões.

No caso da EPAL e dado o projecto de renovação de rede emcurso, a melhoria da fiabilidade das reparações, a entradaem funcionamento do Adutor da Circunvalação, com a retirada de caudais em trânsito na rede de Lisboa para osconcelhos limítrofes, o ano de 2004 espelha já alguns resul-tados positivos, no que se refere à diminuição de roturas:

QUADRO 1 - VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ROTURASENTRE OS ANOS DE 2003 E 2004

10.2.2.4 Identificação dos factores agressivos

Os tubos e acessórios estão naturalmente sujeitos a diversostipos de factores agressivos que contribuem, através demecanismos vários, para a sua degradação, súbita ou continuada no tempo.

Esses factores podem ser classificados da seguinte forma:

• Condições hidráulicas da rede

As pressões são um dos principais factores agressivos(pressões em regime hidráulico permanente e transitório).A má utilização em termos de paragens e arranques dosgrupos, manobras de válvulas, incorrecto dimensiona-mento/instalação dos grupos hidropressores poderão estarna origem de uma degradação mais rápida do sistema deabastecimento.

Em termos de exploração, a tubagem e acessórios estãosujeitos a factores agressivos relativos às condiçõeshidráulicas na rede que se traduzem em pressões máximasem regime permanente que não excedem em geral 8,3 bar,exceptuando alguns casos que pode ir até 12 bar.

No quadro seguinte pode-se observar, para cada estaçãoelevatória existente na rede de distribuição, as alturas deelevação aproximadas para os diversos destinos, salvo ocaso da estação elevatória do Restelo, cujo único destino éo reservatório de Monsanto.

QUADRO 2 - ALTURAS DE ELEVAÇÃO NOMINAIS NAS ESTAÇÕESELEVATÓRIAS DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE LISBOA

(a) ZB - Zona Baixa; ZM - Zona Média; ZA - Zona Alta; ZS - Zona Superior

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

Variação

-25%

-42%

Variação

-35%

Rede (ZB) - Reservatório do Vale

Escuro e de S. Jerónimo

Rede (ZM) - Reservatório do Arco

Rede (ZA) - Reservatório do Pombal

Rede (ZA) - Reservatório do Pombal

Rede (ZS) - Reservatório de Monsanto

Reservatório da Amadora

Rede (ZB) - Reservatórios do

Contador-Mor E do Vale Escuro

Rede (ZM) - Reservatórios de Campo

de Ourique e do Arco

Rede (ZA) - Reservatório de Telheiras

Aqueduto do Alviela

Reservatório de Monsanto

Rede (ZA) - Reservatório do Restelo

Rede (ZS) - Reservatório da Charneca

Rede (ZA) - Reservatório da Amadora

Reservatório do Alto de Carenque

38

59

96

32

80

45

61

92

122

21

80

65

35 - 44

25 - 30

125 - 130

Estaçãoelevatória

Destinos de elevação(a)Alturas de elevaçãoaproximadas (m.c.a)

Barbadinhos

Campo de

Ourique

Olivais

Restelo

S. Jerónimo

Telheiras

161


Mais especificamente no que se refere à concepção da redede distribuição, e conforme já mencionado, o valor depressão mínimo actualmente disponibilizado pela EPAL é de300kPa, assim como o valor máximo, de modo a evitar aocorrência de sobrepressões é de 600kPa.

• Características químicas das águas transportadas na rede

Conforme já mencionado, a água aduzida à cidade deLisboa provém de três subsistemas distintos - Alviela, Tejo eCastelo do Bode (captações superficiais e subterrâneas).Daqui resulta uma variabilidade das características da águaaduzida. A esta variabilidade há a acrescentar a que resulta

Parâmetro

Concentração

Hidrogeniónica

(pH)

Zona Baixa

V.min V.máx

7,7 8,6

Zona Média

V.min V.máx

7,7 8,5

Zona Alta

V.min V.máx

6,9 8,6

Zona Superior

V.min V.máx

7,4 8,7

Reservatórios

V.min V.máx

6,9 8,3

QUADRO 3 - CONCENTRAÇÃO HIDROGENIÓNICA DA ÁGUA DISTRIBUÍDA EM LISBOA

do contacto da água com tubagens e acessórios de dife-rentes materiais. Da complexidade dos três subsistemasadutores a quatro zonas de distribuição resulta que emalgumas zonas da cidade, as características da água distribuída são bastante semelhantes às da água aduzida,enquanto noutras reflectem as misturas de aduções dife-rentes.

Os factores químicos da água transportada na rede, quandoatingem teores agressivos, degradam a tubagem afectandoa qualidade da água.

A título meramente informativo apresenta-se no quadroseguinte a concentração hidrogeniónica (pH) da água distribuída em Lisboa, por zona de distribuição:

• Características químicas e físicas dos solos e das suaságuas intersticiais

A humidade do solo e a presença de sais dissolvidos são osfactores que mais contribuem para a resistividade do solo,parâmetro que em geral é utilizado para caracterizar acorrosividade dos solos.

A título meramente informativo resumem-se os principaisfactores agressivos do solo para os tubos metálicos:

- Concentração hidrogeniónica (pH);

- Sulfato;

- Cloreto;

- Alcalinidade;

- Resistividade;

- Contaminação orgânica;

- Correntes vagabundas.

• Condições geotécnicas, sísmicas e mecânicas

Os factores relevantes que podem contribuir para que astubagens enterradas possam sofrer danos são:

- Movimentos permanentes do terreno, que estãodirectamente relacionados com as suas característicasgeotécnicas, como os assentamentos dos solos e sualiquefacção;

- Efeitos da propagação das ondas sísmicas nas tubagens,sendo o parâmetro identificado como relevante adeformação da tubagem, resultante das extensõesaxiais e das curvaturas;

- Cargas rolantes sobre o terreno, que estão directamenterelacionadas com o trânsito rodoviário e ferroviário.

A cidade de Lisboa situa-se numa zona de sismicidademoderada, caracterizada pela ocorrência de sismos fortes,separados por longos períodos de acalmia, em que se regis-tam sismos fracos.

162


Fig. 3 - Distribuição das intensidades na cidade de Lisboa Fig. 4 - Cenário sísmico de danos na cidade de Lisboa

10.2.2.5 Reservas de água

Os reservatórios existentes e em serviço no sistema da EPAL de abastecimento à cidade de Lisboa, os quais funcionam tambémcomo reservas de água, encontram-se caracterizados no quadro seguinte:

DESIGNAÇÃO

BARBADINHOS

OLIVAIS

CONTADOR-MOR

VALE ESCURO

S. JERÓNIMO

ARCO

C. OURIQUE

TELHEIRAS I

TELHEIRAS II

POMBAL 1,2

POMBAL 3

RESTELO

CHARNECA I

CHARNECA II

MONSANTO

TOTAL

-

-

ZB

ZB

ZB

ZB,ZM

ZM

ZA

ZA

ZA

ZS

ZS

ZB,ZM,ZA

ZB,ZM,ZA

-

-

ZA

-

ZA,ZS

ZA,ZS

-

ZS

ZL

-

2

2

2

2

2

2

2

4

2

2

1

2

2

1

2

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

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

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

ZONAS DEDISTRIBUIÇÃO

CÉLULAS

COTA DESOLEIRA

ALTURADE ÁGUA

(m)

VOLUMETOTAL(m³)N.º

GRAVIDADEBOMBEA-

MENTO

QUADRO 4 - CARACTERIZAÇÃO DOS RESERVATÓRIOS EXISTENTES NO SISTEMA DE ABASTECIMENTO A LISBOA

Zona Limite - ZL

Zona Baixa - ZB

Zona Média - ZM

Zona Alta - ZA

Zona Superior-ZS

LEGENDA:

163


- aumentos súbitos de pedidos na rede por razões deemergência, em particular combates a incêndios.

No quadro seguinte, apresentam-se as relações entrecapacidade total e os consumos médio diário anual, no mêsde maior consumo, na semana de maior consumo e no diade maior consumo, previstos para os anos de 1995 e 2020,para Lisboa:

a reunir conceitos e regras, previamente estabelecidas edivulgadas, que permitissem uma capacidade de respostamais oportuna e qualitativa, opção que motivou à elabo-ração de um Manual, o qual não é uma ideia recente, massim um projecto há muito planeado.

Para com maior rigor avaliar a conformidade técnica dosprocessos de abastecimento foi publicado o Manual deRedes Prediais da EPAL, dirigido a projectistas, técnicosresponsáveis pela instalação das redes prediais de água einstaladores.

A capacidade de reserva foi calculada atendendo àsseguintes ocorrências:

- ajustamento dos caudais de adução aos pedidos narede;

- falhas de adução por interrupções subsequentes aavarias no sistema de abastecimento de água oucortes na alimentação eléctrica;

QUADRO 5 - RELAÇÃO ENTRE A CAPACIDADE TOTAL DOS RESERVATÓRIOS E OS CONSUMOS MÉDIO DIÁRIO ANUAL, NO MÊS DE MAIOR

CONSUMO, NA SEMANA DE MAIOR CONSUMO E NO DIA DE MAIOR CONSUMO, PREVISTOS PARA OS ANOS DE 1995 E 2020

TIPO DECONSUMO

MÉDIO ANUAL

MÊS MAIOR CONSUMO

SEMANA MAIOR CONSUMO

DIA MAIOR CONSUMO

(1)

438884

1995

(2)

284413

327074

341295

369736

2020

(3)

284239

326875

341087

369511

1995

(1) / (2)

1,54

1,34

1,28

1,19

2020

(1) / (3)

1,54

1,34

1,29

1,19

CAPACIDADETOTAL (m³)

NECESSIDADES DEÁGUA (m³/dia)

COEFICIENTES

(-)

Verifica-se que a capacidade total excede as necessidades de água estimadas para esses anos.

10.2.2.6 Estratégia de manutenção da qualidade daágua

A par com a necessidade de garantir duma forma optimizadaas reservas adequadas de água no sistema para uma distri-buição compatível com os consumos, também é fundamentalque seja garantida a qualidade da mesma água. Estapreocupação prende-se com a possibilidade de deterio-ração da qualidade da água nos reservatórios, se determi-nadas medidas não fizerem parte das normas de explo-ração e, ainda, se não forem verificados determinadoscritérios de concepção.

Os procedimentos de exploração integram rotinas deinspecção e de manutenção, além de envolver, potencial-mente, actuações de emergência.

10.3 Concepção global dos sistemas prediais em Lisboa


É também da responsabilidade da Empresa a aprovação e afiscalização das redes prediais na cidade de Lisboa, de modoassegurar o cumprimento das regras definidas. Assim edentro desta opção metodológica foi sentida a necessidadede iniciar um processo normativo conducente ao estabele-cimento de uma base de informação padronizada, destinada

Manual de Redes Prediais da EPAL

164


No Manual de Redes Prediais são abordados aspectos deconcepção e execução, sendo particularmente desenvolvidosos primeiros, por serem aqueles que conferem aos projectosa sua verdadeira potencialidade em termos de "linguagemtécnica".

O conteúdo do documento não pretende ser exaustivo e demodo algum dispensa a consulta de toda a regulamentaçãoem vigor, mas tem como objectivo transmitir as regras queesta Empresa considera pertinentes, permitindo aos inte-ressados a apresentação de processos de abastecimento,compatíveis com os conceitos vigentes na EPAL.

Subsidiariamente poderá também constituir elemento deconsulta para instaladores, considerando-se o referidoManual como um complemento da documentação técnicajá existente na EPAL, pois procura apresentar uma visãoglobal conducente à obtenção de soluções que contornemos problemas detectados nos projectos de redes prediais,embora numa opção técnica condicionada pela normalizaçãonacional existente.

10.3.2 Estrutura do Manual de Redes Prediais

A estrutura do Manual é constituída pelos seguintes capítulose anexos:

I. Generalidades

II. Elaboração e Circuito dos Processos deAbastecimento

III. Concepção de Projecto e Disposições Construtivas

IV. Dimensionamento

Anexos

A Terminologia

B Simbologia

C Documentos e Elementos Técnicos Constantes dosProcessos de Abastecimento

D Esquemas de Instalação e Execução

E Legislação e Normalização Aplicáveis

F Referências Bibliográficas.

10.3.3 Descrição dos capítulos estruturantesdo Manual

10.3.3.1 Capítulo I - Generalidades

Abordagem de aspectos gerais tais como a Legislação eNormalização, deveres e responsabilidades das diversaspartes intervenientes.

10.3.3.2 Capítulo II - Elaboração e circuito dosprocessos de abastecimento

Tem como objectivo definir as regras para a elaboração econstituição de um processo de abastecimento, assimcomo a descrição do seu circuito, desde a sua entrega nosServiços da EPAL, até à fase de celebração de contratos defornecimento de água.

Uma correcta elaboração dos processos de abastecimento,permite uma optimização dos recursos utilizados pela EPALna fase de análise dos mesmos, o que conduz a prazos deresposta mais reduzidos.Na assunção deste pressuposto recomenda-se que sejamrespeitadas todas as indicações consignadas no documento,permitindo assim um desenvolvimento mais célere dosprocessos de abastecimento.

Após a constituição de um processo de abastecimento, deacordo com o estabelecido no capítulo II, este deve serentregue, na EPAL, para emissão de parecer.A consulta do fluxograma a seguir representado, evidencia

todo o circuito de um processo de abastecimento no seudesenvolvimento mais longo, ou seja, com entrega de alte-rações ao nível da análise e da fiscalização:

165


Fig. 5 - Fluxograma de um processo de abastecimento

166


O fluxograma anteriormente apresentado poderia sermuito simplificado se todo o processo não tivesse que passarpor frequentes e diferentes análises do mesmo, no querespeita a alterações entregues, seja na fase de análise ou/ena fase de fiscalização.

É recomendável ainda que sejam respeitadas todas as indi-cações consignadas no documento, permitindo assim umdesenvolvimento mais célere dos processos de abasteci-mento, nomeadamente no que respeita à caracterização dosdeveres, responsabilidades de manutenção e recomendações.

Fig. 6 - Redes prediais. Responsabilidades de manutenção

Ramal de LigaçãoCanalização que liga a Rede Geral de Distribuição à rede predial, para serviço de uma propriedade, ou a bocas deincêndio e marcos de água.

Torneira de Suspensão do RamalVálvula que regula o fornecimento de água ao prédio.

Rede Geral de DistribuiçãoSistema de canalizações, órgãos e equipamentos instalados na via pública.

7

8

9

167


b) Através de equipamento de pressurização directa,constituído por grupos de velocidade variável e tendoem conta o especificado no Manual. A adopção destasolução pressupõe que embora se recorra à pressu-rização, a pressão da rede geral de fornecimento deveser aproveitada, levando a que existam sempre quepossível, pelo menos dois andares de pressão (gravíticoe pressurizado):

10.3.3.3 Capítulo III - Concepção de projecto edisposições construtivas

O capítulo III tem como objectivo definir as linhas orienta-doras a adoptar na concepção global dos sistemas prediaisde abastecimento de água, assim como indicar quais as disposições construtivas preconizadas pela EPAL.

Como entidade responsável pelo fornecimento de águapara consumo humano, a EPAL assegura a qualidade damesma na sua rede geral de abastecimento. A concepçãodos sistemas prediais deve assim garantir, quer a manutençãodessa mesma qualidade, quer as boas condições do forne-cimento no que concerne à pressão e caudal nos disposi-tivos de utilização.

Mais especificamente no que diz respeito às pressões deveser tido em atenção o valor de pressão mínimo, actual-mente de 300kPa, disponibilizado pela EPAL, na rede geralde distribuição de água, assim como o valor máximo, deforma a evitar a ocorrência de sobrepressões (>600kPa).

Quando o valor mínimo não for garantido, deverá ser prevista a instalação de equipamento de pressurização. Nos casos em que este valor seja ultrapassado deve ser insta-lada válvula redutora de pressão.

É ainda de interesse apresentar uma síntese das soluçõesde abastecimento predial permitidas pela EPAL:

a) Fornecimento totalmente gravítico, em que a pressãomínima disponibilizada no ramal de ligação é sufi-ciente para garantir as boas condições de forneci-mento a todos os locais do edifício a serem objectode contratos de fornecimento:

Fig. 7 - Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistema simples gravítico

Fig. 8 - Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistemamisto gravítico e pressurizado

168


c) Fornecimento efectuado a partir de depósito dotadode equipamento de elevação, exclusivamente para osistema de incêndio e situações especiais:

Situação I

Situação II

Fig. 9 - Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistemamisto gravítico e pressurizado e abastecimento directo à redede incêndio e rede sprinklers

Fig. 10 - Diagrama de abastecimento às redes prediais com sistemamisto gravítico e pressurizado e abastecimento ao serviçode incêndio a partir de depósito

169


é responsável pelos valores neles apresentados e sua vali-dade. No entanto, se forem detectadas irregularidades, ouse os mesmos se encontrarem incompletos devem ser apre-sentados novos cálculos.

O dimensionamento dos Sistemas Prediais de Abastecimentode Água é efectuado de forma faseada através de umprocesso iterativo.

No capítulo IV são apresentados alguns métodos de dimen-sionamento para cada situação, no entanto, os mesmos nãosão vinculativos, salvo se indicado, estando o projectistalivre de apresentar outros métodos desde que devidamentefundamentados, através da apresentação de ábacos, tabelase referências bibliográficas.

10.3.3.5 Anexos

Os anexos, já anteriormente mencionados, consistem:

A Terminologia - Consiste na compilação dos termosinstituídos pela EPAL mais utilizados neste Manual,encontrando-se organizada por ordem alfabética;

B Simbologia - Apresentação dos símbolos a utilizar naelaboração das peças desenhadas dos projectos deredes prediais;

C Documentos e Elementos Técnicos Constantes dosProcessos de Abastecimento - Inclui as referências do"Capítulo II - Elaboração e Circuito dos Processos deAbastecimento", tal como as minutas tipo, quadrosde apoio, etc.;

D Esquemas de Instalação e Execução - Compilação dediversas indicações de carácter normativo relativas aalguns aspectos construtivos das redes prediais;

E Legislação e Normalização Aplicáveis - Listagem nãoexaustiva de documentação;

F Referências Bibliográficas.

Relativamente ainda ao Anexo D, apresentam-se nasseguintes figuras, a título meramente exemplificativo,algumas das principais disposições construtivas relativas àsredes prediais, constantes no Manual.

Situação III

10.3.3.4 Capítulo IV - Dimensionamento

Após a fase de concepção do projecto da rede predial deágua, onde se definiu o traçado das canalizações, a escolhados materiais a utilizar e a selecção dos órgãos e dosequipamentos, é necessário efectuar o dimensionamentodas canalizações, nomeadamente no que concerne aosdiâmetros das tubagens e determinação das característicasdos equipamentos electromecânicos.

A fase de dimensionamento funciona ainda como prevençãoe detecção de erros de concepção, uma vez que se determinamentre outros, valores de velocidades de escoamento e depressão disponível nos dispositivos de utilização, possibili-tando o controlo dos parâmetros relativos aos níveis deconforto e desempenho dos sistemas.

Os cálculos justificativos, relativos ao dimensionamento,são componentes fundamentais do projecto da rede predial,sendo sempre obrigatória a sua apresentação. O projectista

Fig. 11 - Diagrama de abastecimento às redes prediais e serviçode incêndio a partir de depósito contabilizado a montante(condição excepcional para Hotéis e Hospitais, previsto nalegislação)

170


Fig. 12 - Instalação de contadores em bateria

171


Fig. 13 - Instalação de contadores em caixa enterrada até DN 40

172


Fig. 14 - Instalação de contadores em caixa enterrada a partir de DN 50

173


Fig. 15 - Instalação de ponto de ligação flangeado

174


Fig. 16 - Pontos de ligação roscados

175


10.3.4 Outras publicações complementares

Paralelamente à edição do referido documento, no início de2002, foram desenvolvidos e implementados dois novosfolhetos, sendo eles: "Elaboração e circuito dos processos de abastecimento" e "Condições técnicas de instalação decontadores em bateria".

No início de 2003 foram editados mais dois novos folhetosdesignadamente, "Instalação de contadores em caixa" e"Contador de obra".

Estas publicações servem actualmente de apoio ao Manual,no entanto, sendo este um documento dinâmico, todas asopiniões, serão de especial interesse para o enriquecimentotécnico das futuras edições, pelo que as mesmas serão semprebem vindas.

10.3.5 Resultados práticos

10.3.5.1 Divulgação da documentação

Aquando da disponibilização do Manual de Redes Prediaisem Fevereiro de 2002, a EPAL tinha uma perspectiva dedistribuição entre os 90 e os 100 exemplares até ao finaldo ano.

No entanto, passado dois anos e meio da sua publicação, écom satisfação que já se distribuíram mais de três cente-nas de exemplares, demonstrando o reconhecimento einteresse por parte de Projectistas, Empreiteiros, Instaladorese Donos de Obra, não só da Cidade de Lisboa como de outras zonas do País.

O objectivo que originou a elaboração e publicação dodocumento começa agora a dar mostras de estar a ser concretizado, notando-se que os projectos registam algumasmelhorias ao nível da sua concepção e apresentação, verifi-cando-se em obra que o mesmo tem ajudado na imple-mentação de algumas regras de construção, facilitando osprocedimentos de fiscalização e de execução da obra.

Internamente, a dinâmica dos diferentes serviços melho-raram, tendo-se obtido um equilíbrio maior entre a análisee a fiscalização dos processos de abastecimento, bem como naexecução de ramais de ligação e instalação de contadores.

A imagem, no exterior, também tem sido mais positiva,principalmente através dos comentários construtivos,sendo, por vezes, feitas algumas sugestões de melhoria quetêm sido apontadas e que serão devidamente estudadas nointuito de virem a surtir efeito em revisão com vista a umafutura emissão.

10.3.5.2 Quantificação dos processos deabastecimento e dos resultados práticos

A título informativo, apresentam-se, a seguir, quadro e figuras,de resultados do exercício da área de Novos Abastecimentosentre 2000 e 2004, nos quais se reflecte de alguma forma ocontributo do Manual.

Em cursoPendentes

da EPALPendentesde Clientes

Dez-00

Dez-01

Dez-02

Dez-03

Set-040

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

Nº de Processos

Situação

Mês/Ano

Dez-00Dez-01

Dez-02Dez-03

Set-04

Fig.17 - Gráfico comparativo da variação do número de processosem curso e pendentes na EPAL entre o ano de 2000 e o anode 2004

No que se refere ao nível de serviço, durante o ano de 2004,efectuou-se uma contabilização dos tempos de respostados processos de abastecimento, tendo em conta que a leivigente obriga que as respostas sejam emitidas dentro deum período de 20 dias úteis.

Na figura seguinte pode-se observar em percentagem, aquantificação do número de processos de abastecimentode 2004, relativamente ao tempo de resposta.

Através deste tipo de controlo, sempre que os indicadoresapresentam desvios, são introduzidas acções correctivas.Também sempre que os colaboradores detectam errossistemáticos, estes são analisados e adoptadas acçõescorrectivas para impedir a sua repetição, ou seja, consegue-seobter a percepção da evolução da qualidade do serviço e aidentificação das áreas de melhoria do ponto de vista domercado.

Fig. 18 - Gráfico comparativo da variação relativamente ao tempode resposta aos processos de abastecimento

25%5%

65%

5%

< 5 diasentre 5 e 20 diasentre 20 e 40 diasmais que 40 dias

176


Esta atitude permite a melhoria sistemática dos processose, como tal, assegura a conformidade do serviço fornecidoao Cliente.

Pode-se concluir que, presentemente, tanto a EPAL como osagentes externos da área, beneficiam com a publicaçãodeste documento, facilitando a implementação de regrasinstituídas na empresa e aumentando a interacção com oexterior, o que constitui uma contribuição positiva para aconcretização do objectivo inicialmente pretendido comeste projecto, do qual se espera no futuro vir a reflectir-senuma melhoria qualitativa e quantitativa.

10.4 Enquadramento legislativoA EPAL possui um regulamento geral de abastecimento deágua que foi posto em vigor pela portaria nº 10 716, de 24de Julho de 1944 e suas alterações entretanto publicadas,com o qual os serviços se regem.

No Decreto-Lei nº 230/91 de 21 de Junho, no Artigo 1º,parágrafo 2, é mencionado que: "A EPAL, S.A., rege-se pelopresente diploma, pelos seus estatutos, pelas normas dedireito privado aplicáveis às sociedades anónimas e pelasnormas especiais, cuja aplicação decorra do objecto dasociedade.", e no Artigo 8º, parágrafo 2, é mencionado tam-bém o seguinte:" Sem prejuízo da aprovação de um novoregulamento aplicável à EPAL, S.A, os consumidores directoscontinuam a reger-se pelo disposto no regulamentoaprovado pela portaria nº 10 716, de 24 de Julho de 1944,na sua redacção actual".

Com efeito, o artigo nº 31 do Decreto-Lei nº 207/94 estabe-lece que: "O regime estabelecido no Decreto-Lei nº 230/91,de 21 de Junho, relativo à Empresa Portuguesa de ÁguasLivres, S.A, (EPAL), não é afectado pelo disposto no presentediploma".

Pelo anteriormente exposto, conclui-se assim que a EPALse encontra numa situação de excepção, face alguma dalegislação actualmente aplicável a todo o país, no entantoesta Empresa sempre fez questão de orientar-se pelosRegulamentos e Decretos-Leis vigentes:

Decreto Regulamentar nº 23/95, de 23 de Agosto - Aprovao Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais deDistribuição de Água e Drenagem de Águas Residuais;

Decreto-Lei nº64/90, de 21 de Fevereiro - Aprova oRegulamento de Segurança contra Incêndio em Edifícios deHabitação;

Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas deEdifícios e Pontes;

Regulamento de estruturas de Betão Armado e Pré-esforço;

Decreto-Lei 320/2001 e 272/2003 (segurança);

Decreto-Lei nº59/99, 2 de Março - Regime Jurídico deEmpreitadas de Obras Públicas.

177


10.5 Referências bibliográficas" Plano Geral da Rede de Distribuição de Água a Lisboa

e do Abastecimento aos Concelhos limítrofes" - RelatórioFinal, Setembro 1997 - elaborado pela Empresa Aquasispara a EPAL;

" Especificação de materiais para a rede de abastecimentoda água da EPAL" - Relatório 254/99-NES, elaborado peloLNEC para a EPAL;

" Manual de Redes Prediais", 2001, EPAL.

179

Sistemas de Rega sob Pressão: Eficiência, Polivalência e Economia

11. SISTEMAS DE REGA SOB PRESSÃO: EFICIÊNCIA,POLIVALÊNCIA E ECONOMIA

Autor: José BeltrãoProfessor Catedrático, FERN,

Universidade do Algarve, Faro

181

A Universidade do Algarve

A Universidade do Algarve, tal como existe neste momento, resultou da união das duas instituições previamente existentes:

a Universidade do Algarve, criada pela Lei n.º 11/79 de 28 de Março e o Instituto Politécnico de Faro, criado pelo decreto-lei

n.º 513-T/79, de 26 de Dezembro.

Tendo nascido do sonho de poucos e da vontade de muitos, cedo se alçou de instalações provisórias a espaços amplos,

dispondo, hoje, de dois Campus - Penha e Gambelas - e de dois Pólos - Portimão e Vila Real de Santo António -, que

proporcionam excelentes condições de estudo, trabalho, investigação e socialização aos cerca de 10 000 estudantes,

700 docentes e 400 funcionários que gravitam no seu universo.

Possui cinco FACULDADES - Economia; Engenharia de Recursos Naturais; Ciências Humanas e Sociais; Ciências do Mar e

Ambiente; e Ciências e Tecnologia e quatro ESCOLAS SUPERIORES - Educação; Gestão, Hotelaria e Turismo; Tecnologia e Saúde.

A FERN - Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais

A Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais - FERN surgiu em 1982, após a criação da Universidade do Algarve.

Inicialmente adoptou a designação de Unidade de Ciências e Tecnologias Agrárias - UCTA e assumiu a responsabilidade do

ensino da licenciatura em Hortofruticultura. Em 1998, com a reestruturação de toda a Universidade do Algarve, as Unidades

foram extintas e as Faculdades vieram substituir as anteriores estruturas.

Entre 1982 e 1998 a então UCTA foi crescendo e alargando os seus horizontes, de ensino e investigação. Em 1991, por exemplo,

foi constituído o Centro de Desenvolvimento de Ciências e Técnicas de Produção Vegetal - CDCTPV. Em 1992 integrou o 'grupo

internacional' de oito universidades que lançou e coordenou o Mestrado em Hortofruticultura - especialidade de Marketing

e Comercialização. A Horto-fruticultura foi reestruturada e adoptou o nome de Engenharia Agronómica - ramo

Hortofruticultura, e foram iniciadas as licenciaturas em Engenharia Biotecnológica, em 1993, e em Arquitectura Paisagista,

cinco anos mais tarde.

No ano de 2003 a Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais estava envolvida em mais de 30 projectos de investigação,

16 dos quais liderados por docentes seus.

Actualmente a Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais tem a responsabilidade de quatro licenciaturas (Engenharia

Agronómica - ramo Hortofruticultura, Engenharia Biotecnológica, Arquitectura Paisagista e Agronomia) e de quatro mestrados

(Horticultura - especialidade de Marketing e Comercialização, Recursos Hídricos, Biotecnologia e Agricultura Sustentável).

As duas licenciaturas de Engenharia estão reconhecidas pela Ordem dos Engenheiros.

É também uma Faculdade integrada no mundo global que a envolve. Por exemplo, integra a Rede de Universidades

Portuguesas de Ensino Agronómico - RUPEA e tem numerosos e abrangentes protocolos de colaboração, com instituições

universitárias portuguesas e estrangeiras, com centros de investigação nacionais e internacionais, e com empresas da região

e do país.

A FERN é constituída hoje por mais de 50 docentes, maioritariamente com o Grau de Doutor que asseguram o funcionamento

regular das licenciaturas e mestrados. Para além dos docentes integram a Faculdade mais de 25 funcionários e, como não

podia deixar de ser, mais de 700 estudantes. No ano de 2003 A FERN diplomou 59 licenciados (35 em Engenharia Agronómica

e 24 em Engenharia Biotecnológica) e já em 2004 surgem os primeiros licenciados em Arquitectura Paisagista.

Um edifício recém inaugurado, situado no Campus de Gambelas, esta Faculdade inclui 46 gabinetes, 33 laboratórios, 3 salasde informática e 4 salas de estudo propiciam as adequadas condições de trabalho para os docentes, alunos e funcionários.Nas proximidades está localizado o Horto Experimental de Gambelas, com espaços ao ar livre e estufas, e com uma estaçãometeorológica automática.


183

11.1 Introdução

Este capítulo incidirá somente sobre os sistemas de rega ea sua relação com a polivalência e a economia energética.Ao falar-se de polivalência, considerou-se não só a origemda água de rega (recursos convencionais e não conven-cionais), mas também as várias utilizações dos sistemas de rega, tendo em vista, além da rega de humedecimento,outros tipos de utilização agro-ambiental. No que respeitaà economia energética dos vários sistemas de rega, consi-dera-se a eficiência de rega como a componente de maiorimportância. No que respeita a polivalência e a economiaenergética dos sistemas de rega, não se incluem outrosparâmetros necessários quer ao planeamento, quer àgestão dos sistemas de rega. Estes outros parâmetros serãodefinidos através das componentes do sistema dinâmicoSPAC (soil-plant-atmosphere-continuum). Para a caracteri-zação deste complexo sistema será necessário o conheci-mento de elementos de base e aplicados ao solo (Hillel,1980a; 1980b), à planta (Taylor et al., 1983; Beltrão et al.,1997), à atmosfera (Doorenbos & Kassam, 1979; Allen etal. 1998) e aos seus efeitos combinados nas necessidadeshídricas das plantas obtidas pela equação do balanço hídricona zona radicular, definida por:

R + P = ETa + (Dr + Es - Ac) + ∆S (1)

em que:

R - Água de rega, expressa através da dotação real de rega (mm)

P - Precipitação (mm)ETa - Evapotranspiração real da cultura (mm) Dr - Água de drenagem (mm)Es - Água de escorrimento superficial (mm)Ac - Água de ascensão capilar (mm), de acordo com Beltrão

et al.(1996)∆S - Variação da água no solo na zona radicular (mm)

ETa pode-se obter através da equação:

ETa = ETo x kc (2)

Em que

ETo - Evapotranspiração de referência (mm)kc - coeficiente cultural, variando com a cultura e o seu

estado fenológico.

O valor aproximado do coeficiente cultural está definidopara as culturas regadas para a máxima produção, podendoser obtido o seu valor directa ou indirectamente quando severificam decréscimos da produção, através de fórmulasespecíficas (Doorenbos & Kassam, 1979) e de funções deprodução (Shalhevet e tal., 1981), ou de modelos dinâmicosde produção (Jones & Kiniry, 1986).

Esta equação do balanço hídrico (1) não é aplicável aossistemas de rega de rega localizada (gota a gota e mini-

-aspersão), uma vez que neste caso o solo não é regado nasua totalidade, sendo neste caso utilizado um balançohídrico específico (Vermeiren & Jobling, 1980) .

O estudo das necessidades hídricas poderá também serefectuado recorrendo a outras técnicas (Dasberg & Or, 1999):

a) relacionadas com o solo - como por exemplo diferençasde potencial de água no solo (tensão de água no solo)através de tensiómetros, sondas TDR, blocos de gesso e outras; e

b) relacionadas com a planta - como por exemplo o poten-cial de turgescência ou o termómetro infravermelho.

As relações entre as necessidades hídricas e os sistemas de rega foram estudados por Pereira (2004). Dado que adimensão deste capítulo é limitada, indica-se nas referênciasbibliográficas os trabalhos que deverão ser consultados.

11.2 Classificação dos sistemas de rega

11.2.1 Sistemas de rega por gravidade

Há quem considere os métodos de rega como sinónimos de sistemas de rega. Contudo, teoricamente o método dizmais respeito ao fenómeno físico predominante enquantoos sistemas têm mais que ver com o material, tipo deinstalação e funcionamento. É muito complexo classificarcom rigor os sistemas de rega, por haver situações híbridase combinadas, difíceis de definir. Contudo, poderíamos dividiros sistemas de rega em sistemas de rega por GRAVIDADE(escoamento ou infiltração em superfície livre) e por PRESSÃO(escoamento em pressão), com uma subdivisão em processosde rega. Uma das classificações adoptadas em Portugalé aqui apresentada no QUADRO 1 (Sistemas de rega porgravidade) e no QUADRO 2 (Sistemas de rega sob pressão).Foi extraída da extinta disciplina de Hidráulica Geral eAgrícola, do Instituto Superior de Agronomia, UniversidadeTécnica de Lisboa (Mayer, 1945), com algumas actualizaçõesintroduzidos principalmente por Oron & Beltrão (1993) epor Raposo (1996 b).

QUADRO 1 - SISTEMAS DE REGA POR GRAVIDADE

Método - Escorrimento Método - Submersão Método - Infiltração

Processos:

Regadeiras de nível

Regadeiras inclinadas

Planos inclinados

Cavaletes

Faixas

Processos: Processos:

Submersão permanente: Sulcos

Rega subterrâneaCanteiros

Submersão Temporária:

Caldeiras

SimplesCoroa circular


184

Fig. 1 - Instalação de rega por aspersão estacionária semi - fixa

Fig. 2 - Instalação de rega por aspersão estacionária completamentefixa num campo de golfe (Rosado, 2002).

As principais vantagens e inconvenientes da rega por aspersãoem relação à rega por gravidade são as seguintes:

Vantagens:

1) não necessita a preparação do terreno (nivelamento earmação) necessária nos sistemas de rega por gravidade;

2) permite mais facilmente controlar a dotação de rega;

3) caso a velocidade do vento seja nula ou baixa (< 2 m s-1),a uniformidade e distribuição de água é mais elevada;

4) maior economia de água;

5) normalmente maior economia de mão-de-obra;

6) geralmente maior produção;

7) menores problemas de erosão do solo;

8) maior polivalência das instalações (combate às geadas ealtas temperaturas, fertirrega mineral e orgânica, regaqualitativa).

A classificação em escorrimento, submersão e infiltraçãodiz respeito ao fenómeno físico predominante observadodurante a rega.

No caso dos sistemas de rega por escorrimento, a águaescorre por todo o terreno a regar, infiltrando-se no solo.Actualmente apenas tem interesse o sistema por rega porfaixas pois é o único que permite a mecanização, embora asua utilização em Portugal seja relativamente pequena.Contudo ainda se utiliza no norte de Portugal, em zonas demaiores declives, o sistema de rega por regadeiras de nível.

A rega por submersão pode ser permanente e temporária.Os canteiros são utilizados em Portugal principalmente nos arrozais, sendo neste caso a submersão permanente. As caldeiras são de submersão temporária; as simples eramutilizadas antigamente para regar por submersão temporáriaas árvores de fruto; actualmente, nas laranjeiras, a caldeiradisposta em coroa circular, como prevenção contra agomose basal; contudo, este sistema de caldeiras é apenashoje utilizado em pequenas explorações, tendo sido substi-tuído nas explorações intensivas por sistemas de rega loca-lizada.

Os sistemas de rega por gravidade, em que se utiliza a infil-tração como fenómeno físico predominante, incluem a regapor sulcos e a rega subterrânea. Dentro dos sistemas derega por gravidade é o dos sulcos o mais empregado emPortugal. Este sistema é utilizado em culturas dispostas emlinhas, sendo a água de rega distribuída nos sulcos, abertosentre as linhas das plantas, humedecendo o solo por infil-tração. Na rega subterrânea, utiliza-se a ascensão capilar daágua, proveniente da toalha freática artificial ou através docontrolo de uma toalha natural, mantendo-a a uma profun-didade conveniente.

11.2.2 Sistemas de rega sob pressão

11.2.2.1 Aspersão (instalações estacionárias esemoventes)

Os sistemas de rega sob pressão são apresentados noQUADRO 2. Os fenómenos físicos predominantes são para arega por aspersão e para a rega localizada, respectiva-mente, a aspersão e a infiltração. As instalações de rega por aspersão podem ser divididas em instalações de regaestacionárias e semoventes.

As instalações estacionárias são caracterizadas pelo factode os aspersores ocuparem posições fixas no solo; as insta-lações móveis são aquelas em que não há qualquer parteda tubagem fixa; nas semi-fixas parte da tubagem éfixa e parte móvel (Fig. 1); e por fim as instalações fixas caracterizam-se pelo facto de toda a tubagem sercompletamente fixa, sem haver a necessidade de mudançade tubos (Fig. 2).


185

Inconvenientes:1) consumo de energia muito elevado;2) grande problema com velocidades do vento elevadas

produzem distribuições de água muito irregulares;3) custo das instalações elevado;4) desenvolvimento de doenças, devido à rega da parte

aérea das plantas;5) impossibilidade de aplicação de águas salinas em culturas

não tolerantes à salinidade, por humedecimento da parteaérea das plantas;

6) altas perdas de água em climas muito ventosos ou áridos;7) dificuldade (penoso para os operadores) para as mudanças

de tubagens nas instalações móveis em solos de texturafina.

As instalações semoventes incluem aquelas em que osaspersores (além do movimento e rotação própria) sedeslocam ao longo da superfície do solo, enquanto a águaé distribuída. Raposo (1994) classifica as instalaçõessemoventes em instalações com movimento de rotação(ex.: Center-pivot), com movimento de translação (ex.:Canhão automotor) e mistas, isto é, com movimento derotação e de translação (ex.: Rain-move).

As principais vantagens e inconvenientes das instalaçõessemoventes em relação às instalações estacionárias são:

Vantagens:1) Evitam as mudanças dos aspersores;2) Mão-de-obra reduzida quando comparadas com as esta-

cionárias móveis ou semi-fixas.

Inconvenientes:1) Consumos de energia mais elevados (funcionam a pressões

de serviço muito mais elevadas);2) Só poderão ser utilizadas em áreas elevadas;3) Não podem ser utilizadas em terrenos irregulares ou

acidentados.

Em relação aos sistemas de rega supracitados, os sistemasde rega sob pressão seriam os que teriam maior interessepara aplicação nas regiões mais áridas durante o Verão.Destes, a escolha dos sistemas de rega de maior interessepara aplicação está dependente da região e da cultura aregar. Assim, destinando-se ao Sul de Portugal, região declima árido durante o Verão os sistemas de rega mais interessantes seria a rega por aspersão (Milho-grão, forra-gens, espaços verdes e campos de golfe, culturas industriaise culturas hortícolas ao ar livre) e a rega localizada(pomares, vinhas, e culturas hortícolas principalmente emestufas). No caso de grandes superfícies regadas por aspersão(áreas superiores a 50 ha), aplicam-se geralmente insta-lações semoventes center-pivot; para pequenas superfíciesutilizam-se as instalações estacionárias. As instalaçõessemoventes tipo canhões auto-motrizes têm tendênciapara diminuir, devido ao seu elevado consumo de energia(QUADRO 7).

11.2.2.2 Localizada (rega por miniaspersão e gota a

gota - superficial e subterrânea)

A rega localizada pode ser dividida em rega gota a gota e por miniaspersão (Quadro 2). A rega gota a gota pode ser subdividida em a) superficial e b) subterrânea, sendo a subterrânea enterrada. A rega por miniaspersão subdivi-de-se em a) miniaspersão dinâmica quando o miniaspersorpossui movimento de rotação similar a um aspersor rotativoem miniatura, e em b) miniaspersão estática ou microas-persão em que os miniaspersores não possuem movimentode rotação.

As principais vantagens e inconvenientes das instalaçõesde rega gota a gota em relação às instalações de rega poraspersão são (Dasberg & Bresler, 1985):

Vantagens:1) grande economia de água, devido ao facto de apenas

uma parte do solo ser regado (rega localizada);2) manutenção da tensão de agua dos solos (ou do seu teor

em água) aos valores desejados pela planta; alto controloda aplicação de rega (que poderá ser feito por ex. atravésde tensiómetros);

3) superfície do solo parcialmente humedecida (menorevaporação, menos infestantes, utilização de máquinasnas entrelinhas mesmo quando a rega estiver afuncionar);

4) manutenção da parte aérea das plantas seca, não permi-tindo tão facilmente o desenvolvimento de doenças;

5) custo de manutenção mais baixo (possibilidade de rega24 horas por dia, menor caudal e menor pressão deserviço, traduzindo-se em menor consumo de energia emenos material);

6) maior eficiência da fertirrega e pestirrega;7) utilização em solos marginais.

QUADRO 2 - SISTEMAS DE REGA SOB PRESSÃO

Aspersão

Método - Aspersão

Processos:

Aspersão - Estacionárias

Fixas

Semi-fixas

Móveis

Aspersão - Semoventes

Rotação

Translação

Mistas

Localizada

Método - Infiltração

Processos:

Gota a gota

superficial

subterrânea

Miniaspersão

dinâmica

estática oumicro-aspersão


186

namento das fertilizações, momento e época da fertili-zação, de acordo com as necessidades do estado fenológicoda cultura e contribuindo para a diminuição da pressãoosmótica do solo. Outras vantagens dizem respeito àeconomia de mão-de-obra, melhora a uniformidade dedistribuição dos fertilizantes, evita o calcamento do solo epermite a adubação mais fácil das culturas de porte baixo.

Relativamente aos macronientes aplicados, o azoto podeser aplicado em todos os casos sem quaisquer dificuldadestécnicas - usa-se muito a ureia, os nitratos, o amónio; porvezes também é utilizado o ácido nítrico (em concentraçõesmuito baixas) que tem também a função de desobstruir os gotejadores. O potássio também pode ser utilizado sem dificuldade, podendo-se usar o nitrato de potássio ou o sulfato de potássio. Se a água é ácida não há qualquerproblema na aplicação do fosfato mono ou biamónio,sendo no entanto o ácido ortofosfórico menos sujeito aproblemas de entupimento e de insolubilização, contribuindotambém para a desobstrução dos gotejadores. Há no mercadoadubos líquidos para aplicação na fertirrega para váriasdiluições de macro e micronutrientes, mas o seu custo émais elevado do que o custo dos adubos sólidos solúveis.Caso as águas sejam alcalinas, não se deve utilizar o fósforona fertirrega.

É necessário 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 à sua lavagem sempre que necessário.

Três instalações-tipo de fertirrega mineral poderão ser apli-cadas nos sistemas de rega sob pressão:

1) simples depósito, que se inclui no circuito de água, quandose procede à fertirrega, colocado após a instalação debombeamento e sendo precedido um filtro de malha;este sistema tem a vantagem de ser de baixo custo, e oinconveniente de mais difícil controlo das concentraçõesdos fertilizantes, sendo as mesmas altas e mal distribuídas;

2) depósito aplicado à saída da bomba, em que se faz a mistura adubo+água, sendo a saída da mistura para atubagem de rega, efectuada através do efeito de Venturi,com válvula-parafuso de regulação da saída, em que aconcentração da mistura adubo+água varia geralmenteentre 5 x 10-4 e 2 x 10-2, em relação à água de rega.Possui vantagens e inconvenientes intermédios entre ainstalação-tipo anterior a que se segue.

3) bomba injectora de adubo (Fig. 4), accionada hidráulicaou electricamente, assegurando uma concentração constante até níveis muito baixos tal como 5 ppm; é umaaparelhagem de grande rigor, embora mais frágil e decusto mais elevado que as instalações-tipo anteriores.

O maior inconveniente diz respeito a grandes problemascom entupimentos, que se poderá verificar principalmentequando se trata da rega gota a gota. A rega por miniasper-são é utilizada principalmente em pomares, sempre queproblemas com a filtração da água não permitirem a regagota a gota, ou quando os elevados compassos e a / ou osmovimentos laterais da água do solo a partir das rampasgota a gota sejam insuficientes para que o volume radicularfique convenientemente regado.

Com a rega gota a gota subterrânea consegue-se pratica-mente anular as perdas por evaporação, sendo a águaconsumida apenas por transpiração, sendo a superior alongevidade da tubagem devido à diminuição de choquestérmicos e mecânicos e não haver problemas com radiaçõesultra-violetas.

Fig. 3 - Instalação de rega gota a gota em vinha (Pedras, 2003)

11.3 Polivalência dos sistemas de rega

11.3.1 Águas convencionais

11.3.1.1 Fertirrega

A fertirrega propriamente dita inclui apenas o fertirregamineral; antigamente incluía a fertirrega orgânica (chorumes),que hoje se inclui na água residual agrícola.

No caso da rega localizada, há obrigatoriedade de se aplicarfertirrega. Ao contrário do que se verifica com os sistemasconvencionais de fertilização, em que parte dos elementosnutritivos ficam fora da acção das raízes, na fertirregalocalizada, os elementos fertilizantes são conduzidosatravés da água, de forma localizada às raízes, principal-mente na rega gota a gota. Outras vantagens da fertirrega,para todos os sistemas de rega sob pressão, são o fraccio-


187

Fig. 4 - Bomba injectora utilizada num sistema de fertirrega gota a

gota em alface.

11.3.1.2 Pestirrega

A pestirrega está dividida em pestirrega propriamente dita(combate aos fungos e pragas) e em herbirrega (aplicaçãode herbicidas). A pestirrega é praticamente utilizada narega localizada em alguns países estrangeiros, e muito rara-mente no nosso país, devido ao desconhecimento do seumanuseamento e aplicação, como ainda grande partedos produtos não estarem homologados em Portugal. Aherbirrega tem interesse de utilização na rega gota a gotae na rega por aspersão, em instalações estacionárias total-mente fixas e semoventes center-pivot, devendo-se nesteúltimo caso parar imediatamente o funcionamento dainstalação caso haja vento. As instalações-tipo utilizadassão do tipo bomba injectora, conforme descrito para afertirrega.

11.3.1.3 Combate à geada

O combate á geada através de sistemas de rega sob pressãoé uma prática de custo elevado na rega por aspersão emvirtude de exigir instalações totalmente fixas funcionandoainda todos os aspersores simultaneamente. Contudo osistema de rega por aspersão é o mais eficiente no combateà geada. Segue-se-lhe a miniaspersão e por último a regagota a gota.

A principal vantagem destes sistemas de rega no combateà geada deve-se ao facto da libertação de 80 calorias porgrama de água fornecida (Raposo, 1994), que correspondeao calor latente de solidificação da água, e que equilibra as respectivas perdas de calor por radiação nocturna. Alémdesta vantagem, concorre para o combate à geada com arega, formação de uma atmosfera nebulosa, aumento dahumidade relativa do ar e da condutibilidade térmica doterreno, transformação de energia cinética em energiatérmica (impacto das gotas) e a temperatura positiva a quese encontra a própria água de rega.

Para que se possa utilizar mais eficientemente a miniaspersãono combate à geada, será necessário que os microtubosde ligação dos miniaspersores à tubagem tenham compri-mento suficiente para que os miniaspersores possam regaras culturas (geralmente árvores de fruto) nos períodos deformação de geada, através de suportes apropriados paraque a rega seja efectuada por cima das copas. É necessárioainda conhecer a qualidade da água nos meses frios,normalmente de melhor qualidade do que nos mesesquentes, e que permita a rega sem que as culturas (árvores)sejam danificadas.

11.3.1.4 Combate às altas temperaturas

A rega por aspersão e miniaspersão poderá ser aplicada nocombate às altas temperaturas, sem que haver o objectivode humedecimento do solo. Assim dois exemplos serãoapresentados, como se segue:

1) É usual verem-se aspersores ou miniaspersores em funcionamento por cima das estufas em dias muitoquentes com o objectivo de diminuir a temperatura nointerior das estufas; geralmente a água pulverizada érecuperada e reutilizada.

2) No Verão, nas horas de maior calor, há culturas em que aparte aérea é queimada pelo sol. Assim utiliza-se a regapor aspersão ou a miniaspersão durante essas horas como intuito de diminuir a temperatura, e assim combater osseus efeitos nocivos; é usual utilizar este tipo de combateem alguns campos relvados, como o caso dos campos degolfe.

11.3.1.5 Rega qualitativa

É sobretudo utilizada, através de aspersores e miniasper-sores, para tornar mais saliente a coloração de certas plan-tas ornamentais e da fruta, em que é fixada certos pigmen-tos, com diminuição dos teores de clorofila.

11.3.2 Águas não convencionais

11.3.2.1 Águas salinas

Segundo Beltrão e Ben Asher (1997a), o coeficiente deemurchecimento não é uma constante de humidade dosolo, mas é também afectado pela concentração de sal nosolo; quanto maior for a concentração de sal na solução dosolo, maior será o pressão osmótica. Isto significa que a cultura murcha a teores de água do solo mais elevados,ou alternativamente, quanto maior for a concentração salina da solução do solo, maior será o teor e água do soloao coeficiente de emurchecimento, e menor será a capaci-dade utilizável do solo para a água.


188

CASO 2 - Sem lixiviação na zona radicular, a eq. (5) tomará

a seguinte forma

θwp(Ψm + Ψ0)2 = (ci . θfc) . (cd-1) (8)

A componente-chave do sistema dinâmico SPAC (soil-plant-

atmosphere continuum) é a solução do solo (Fig. 5). O teor

em água e iões varia dinamicamente na solução, e é afectado

por um grande número de processos, dos quais salienta-se a:

Evapotranspiração - quanto maior for a água transferida

da planta e do solo para a atmosfera, por transpiração e

evaporação, maior será a concentração de sais no solo;

Absorção de iões pela planta intensa absorção de minerais

do solo é acompanhado pela redução da salinidade do solo.

Fig. 5 - Representação esquemática do sistema "solução do solo"(Beltrão, 1993)

O balanço salino do solo para as culturas regadas, que incluitodos os inputs, outputs e os termos de acumulação paradentro e para fora da zona radicular é dado pela seguinteequação:

INPUT = OUTPUT + ACUMULAÇÃO (9a)

Sr + Si + Sg + Sl + Sf = Sd + Sp + Sc + ∆Sa + ∆Ss (9b)

em que

Sr - Sal fornecido pela água das chuvas

Sd - Sal removido pela água de drenagem

Sl - Sal dissolvido proveniente da lavagem do solo

∆Sa - Variação na quantidade de iões absorvidos

∆Ss - Variação na quantidade de sais solúveis

Si - Sal fornecido pela água de rega

Sg - Sal fornecido pela toalha freática

Sf - Sal dos fertilizantes

Sp - Sais precipitados

Sc - Iões absorvidos pela plantas

Que as concentrações de sal na água de rega e na água dedrenagem, respectivamente ci e cd, estão em equilíbrio, oteor de água do solo ao coeficiente de emurchecimento,será obtido por:

θwp(Ψm + Ψ0) = θwp(Ψm) + ∆θwp(Ψ0) (3)

em que

θwp(Ψm + Ψ0) é a soma do teor de água do solo ao coeficientede emurchecimento não salino

θwp(Ψm), mais o aumento do teor de água ∆θwp(Ψ0) devidoà salinidade.

Dois casos terão que ser considerados:

CASO 1 - Com lixiviação na zona radicular, a eq. (5) tomaráa seguinte forma

θwp(Ψ0)1 = {[ci - (L . Dr

-1)] . θfc} . [cd - (L . Dr

-1)]

-1(4)

sendo

L = (Qi - A . ETa) . cd . Vs

-1(5)

e

Dr = Qi . Vs

-1(6)

e quando a fracção de lixiviação for considerada

ETa = (Qi - Qd) A-1

(7)

em que

ci cd são as concentrações de sal na água de rega e na água

de drenagem, respectivamente (kg m-3);

θfc é o teor volumétrico da água do solo; à capacidade de

campo (m3 água . m-3 soil);

L é a taxa de lixiviação (kg sal d-1);

Dr é o coeficiente de fluxo da drenagem (d-1);

Qi e Q d são, respectivamente, as taxas volumétricas de

água de rega e de drenagem (m3 d-1);

A é a superfície de evaporação (m2);

ETa é a taxa da evapotranspiração real da cultura;

Vs é o volume de solo considerado (m3);


189

A necessidade de lixiviação do solo é definida pela eq. 10,como se segue:

Qil = [Cd / (Cd - Ci)]. A. Eta (10)

Em que :

Qil - Volume de água de rega, satisfazendo simultanea-mente o consumo de água da cultura e as necessidadese lixiviação (m3);

A - Área da parcela (m2)

ETa - Evapotranspiração real da cultura (m)

Partindo de dados reais, MAAS & HOFFMAN (1977) encon-traram entre a salinidade do solo e a produção das culturas uma relação linear, que se pode expressar pelaseguinte fórmula:

Y = 100 - b (CE - a) (11)

em que:

Y- produção relativa da cultura (%);

CEs - salinidade do solo ou da água, expressa em condutivi-dade eléctrica do extracto de saturação do solo ou daágua (dS.m-1);

a - valor limiar de salinidade (dS.m-1) a partir do qualdecresce a produção, a que se chama tolerância;

b - percentagem de decréscimo de produção por unidadede acréscimo de salinidade, a que se chama sensibili-dade, e que é definida por

b = dY / dCE (12)

As técnicas convencionais de combate e controlo do processode salinização pode ser caracterizado por quatro gerações:

1) Problema da contaminação da zona radicular pela lixi-viação do solo (que pode ocorrer em duas situações -quando há um horizonte impermeável, os sais concen-tram-se acima deste horizonte; por outro lado, quandonão existe horizonte impermeável, pode haver contami-nação dos aquíferos,

2) Uso de rega gota a gota subterrânea - grande economiade água, e portanto menos sais dissolvidos serão adicio-nados, mas pode continuar a haver problemas da conta-minação das águas subterrâneas, devido à precipitaçãonatural ou à lixiviação artificial;

3) O aumento da fertilização aumenta a tolerância (Beltrão et al., 1993) à salinidade (contudo a sensibili-dade à salinidade também aumenta), mas a contami-nação será aumentada devido aos fertilizantes adicio-nados (Beltrão et al. 1997);

4) Culturas tolerantes à salinidade - esta técnica é muitoútil para as plantas, mas não resolve o problema da

contaminação solo e das águas subterrâneas. Respostada alface aos efeitos combinados da salinidade da águade rega com (N1 - 15 g de NH4NO3 por planta) e sem fertilização azotada (N0), de acordo com o modelo deMaas e Hoffman (1977) e com Beltrão et al. (2002a). Deacordo com a eq. 11 mostra que a tolerância (a) para N0é menor que para N1, o que significa que a produçãorelativa (%) se mantém constante a 100 % até 20 g deNaCl planta-1 para N0, e cerca de 40 g de NaCl planta-1para N1. Por outro lado, a sensibilidade (b), isto é, a taxade redução de produção relativa por aumento deunidade de salinidade, é maior para NO do que para N1;portanto, para maiores valores da tolerância, a produçãorelativa diminui de cerca de 5 % por cada aumento de 10 gde NaCl planta-1, sendo de 10 % a redução para o nível N1.

Salinidade acumulada (g NaCl planta-1)

Fig. 6 - Resposta da alface aos efeitos combinados da salinidadeda água de rega com (N1 - 15 g de NH4NO3 por planta) e semfertilização azotada (N0), de acordo com o modelo de Maase Hoffman (1977) e com Beltrão et al. (2002).

O processo de salinização do solo pode ser dividido nasseguintes fases (Beltrão, 1992):

1 - Origem dos sais (sais locais e sais transportados)

2 - Transporte (água e vento)a) Água - Infiltração descendente (rega e linhas de água)

Infiltração ascendente (toalha freática e água do mar)b) Vento

3) - Acumulação no solo (causas naturais e actividadeshumanas)a) Causas naturais - sem lixiviação

- sem técnicas ambientalmente limpas - evaporação

b) Actividades humanas - Compactação do solo eformação de impermes- Elevação do nível da toalha freática- Rega imprópria (uso de água salina mal aplicada)


190

11.3.2.2 Águas residuais

É habitual classificar as águas residuais de acordo com a

sua origem, conforme é apresentado no QUADRO n.º 3

(Gamito, 1998).

QUADRO 3 - CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS RESIDUAIS DE

ACORDO COM A SUA ORIGEM (Gamito, 1998)

Podemos dividir os problemas ambientais que possam surgirem três tipos: microorganismos patogénicos (principal-mente nas águas residuais urbanas), salinidade (comum atodas as águas residuais) e metais pesados (principalmentenas águas residuais industriais). Em relação a estes problemas,a legislação portuguesa (QUADRO 4) admite a reutilizaçãode águas residuais adequadamente tratadas para grandeparte das culturas (Decreto-Lei nº 236/98), faltando-lhetodavia critérios mais específicos de qualidade microbio-lógica e também critérios em relação aos sistemas de regautilizados e características dos solos a regar e salinidade.Nessas condições, fazem-se algumas recomendações relati-vamente a concentrações de microrganismos patogénicos,expressos em cfu (colony forming unit) / 100 ml de E.coli,de acordo com recomendações do 2º Seminário emReutilização de Águas Residuais no Mediterrâneo (2001):Rega de espaços verdes (parques, jardins, campos de golfe e de outros desportos), estufas, hidroponia e culturas hortícolas - 200 cfu / 100 ml; pomares e vinhas regados poraspersão - 200 cfu / 100 ml, pomares e vinhas regados gotaa gota e forragens - 1000 cfu / 100 ml; culturas industriais- 1000 cfu / 100 ml.

Em Portugal, verificam-se maiores problemas de salini-zação nas zonas mais áridas (como o Alentejo e o Algarve) ecosteiras, em virtude de a água nestas regiões ser limitada.Este problema é intensificado devido à intrusão da água domar que resulta da redução dos níveis freáticos dos aquíferos,quando a taxa de bombeamento excede a taxa de recarga,tornando as águas subterrâneas mais salinas. Estas águasde pior qualidade têm repercussões negativas nas produçõesdas culturas regadas (Ben Asher et al., 2002).

A única maneira para controlar o processo de salinização ede manter a sustentabilidade dos espaços verdes e doscampos agrícolas é combater a salinização através de técnicaslimpas e ambientalmente seguras, como se segue:

1) Uso de espécies que removem o sal do solo (Beltrão et al.,2001; Cuartero et al., 2002);

2) Uso de espécies tolerantes à sede;

3) Redução da aplicação de sal através de menoresdotações de água residual;

4) Reutilização de limite mínimo de dotação de água residualsuficiente para obtenção de uma boa aparência visualdos espaços verdes (Costa et al., 2002).

A Fig. 7 mostra as percentagens médias, desvios padrão e resultados do teste Dunnett T3, de Cl - em folhas dos relvados - agrostis, "kikuyugrass", bermuda regada ebermuda de sequeiro (Costa, 2003), mostrando assim acapacidade de remoção de sal (ião Cl-) de diferentes cultivares de relvas.

Fig. 7 - Percentagens médias, desvios padrão e resultados do testeDunnett T3, de Cl - em folhas dos relvados - agrostis, "kikuyu-grass", bermuda regada e bermuda de sequeiro (Costa,2003), mostrando assim a capacidade de remoção de sal(ião Cl

-) de diferentes cultivares de relvas.


0

0,5

1

1,5

2

2,5

Agrostis regada Kikuyugrass regada Bermuda regada Bermuda sequeiro

Relvados

Per

cen

tag

em d

e C

l-

ab

aa

b

CLASSIFICAÇÃO ORIGEM

ÁGUAS

RESIDUAIS

URBANAS

- Habitações domésticas (higiene e cozinha)

- Restaurantes e comércios

- Serviços

- Infiltrações subterrâneas

- Ligações e descargas clandestinas

- Matadouros

- Cantinas

- Transformadoras de produtos alimentares

- Fábricas

- Transformadoras de petróleo

- Hospitais e laboratórios

- Adegas e lagares

- Hidroculturas

- Pecuária (chorumes)

INDUSTRIAIS

AGRÍCOLAS

191

Para o caso de problemas de salinidade, os aspectos mais

importantes referiram-se na alínea 11.2.2.1.

Através da literatura disponível, com vista a evitar problemas

de contaminação, sugerem-se que se verifiquem as

seguintes medidas:

a) Profundidade mínima da toalha freática

(Beltrão et al., 1996b):

1) Sistema de rega gota a gota superficial -1.5 m

2) Sistema de rega gota a gota enterrada ou miniaspersão - 2 m

3) Sistema de rega por aspersão - 3 m

4) Sistema de rega por gravidade - 5 m

Estes valores poderão ser diminuídos de 20 %, para texturas

e teores de água do solo (potencial mátrico do solo) mais

favoráveis.

b) Distância mínima a zonas urbanas

1) Velocidade do vento durante a rega superior a 2 m s-1

Rega por aspersão - 500 m (Beltrão, 1976; Oron &

Beltrão, 1993)

Rega por miniaspersão 100 m

2) Velocidade do vento durante a rega inferior a 2m s-1

Rega por aspersão - 200 m

Rega por miniaspersão - 50

3) Calma - sem vento durante a rega

Rega por aspersão - 100 m

Rega por miniaspersão - 20 m

c) Identificação do local regado com águas residuais depuradas

1) Estes locais deverão estar identificados com a desig-

nação "Água não potável".

2) Sempre que haja problemas de poluição na região, no

local de recepção dos efluentes, nas respectivas bacias de

recepção e/ou no equilíbrio ecológico do meio, deverá

essa região passar a ser classificada Zona Poluída, devendo

a mesma ser identificada com sinais inerentes aos perigos

em causa.

d) Profundidade de rega com água residual depurada,

máxima aconselhável, para valores de profundidades

da toalha freática superiores a 5,00 m:

Espécies herbácias - 1,00 m

Árvores de fruto - 1,50 m

Floresta - 2.00 m

Como foi dito, a legislação portuguesa (QUADRO 4) admite

a reutilização de águas residuais adequadamente tratadas

para grande parte das culturas (Decreto-Lei nº 236/98),

faltando-lhe todavia critérios mais específicos de qualidade

microbiológica e também critérios em relação aos sistemas

de rega utilizados e características dos solos a regar e

salinidade.

Verifica-se que as regiões mais a sul de Portugal (Alentejo e

Algarve) são as de maiores necessidades hídricas, sendo,

por isso a reutilização de águas residuais já utilizada, com

crescente desenvolvimento a partir de 1987 através do pro-

grama PEDAP (Marecos do Monte, 1996). Contudo destas

regiões, é o Algarve que possui maiores necessidades hídri-

cas mais elevadas durante o Verão, devido ao elevado fluxo

turístico que se verifica nesta época, acrescido pelo elevado

número existente de campos de golf e explorações

hortofrutícolas. Esta reutilização das águas residuais

tratadas na rega será muito mais interessante nesta região,

principalmente nos pomares e vinhas (rega gota a gota e

miniaspersão) e nos campos de golf (rega por aspersão),

aonde já se nota a sua reutilização.

Em Portugal a reutilização de águas residuais tem sido

quase exclusivamente efectuada na rega de espaços verdes

(parques, jardins, campos de golfe e de outros desportos),

estufas, pomares e vinhas, culturas hortícolas e outras

de consumo humano, culturas industriais, forragens e

viveiros). Contudo, a reutilização das águas residuais

tratadas poderia estender-se também a usos residenciais

(sistemas de ar condicionado, lavagem do automóvel,

jardim privado, autoclismos), usos urbanos (lavagem das

ruas, combate a incêndios, fontes decorativas), usos indus-

triais (refrigeração), usos florestais (combate a incêndios,

descargas na floresta), e à recarga de aquíferos.


192

Alumínio

Arsénio

Bário

Berílio

Bicarbonatos

Boro

Cádmio

Chumbo

Cloretos

Cobalto

Cobre

Crómio

Estanho

Ferro

Flúor

Lítio

Manganésio

Mercúrio

Molibdénio

Níquel

Nitratos

Nitritos

Salinidade

Selénio

Sulfatos

Vanádio

Zinco

pH

Coliformes Fecais

Ovos de parasitas

Intestinais

Os estudos a efectuar com a rega com águas residuais têm

normalmente dois objectivos: O primeiro relaciona-se com

os níveis de contaminação provocada por essas águas no

solo, linhas de água receptoras e nas culturas com elas

regadas para os diferentes sistemas de rega. O segundo

objectivo relaciona-se com a resposta da produção e cresci-

mento das culturas à rega com águas residuais, incluindo

além da componente água (Asano, 1998), a componente

fertilizante (Costa et al.,2002).

A rega por aspersão com águas residuais é aplicada princi-

palmente no Algarve, em campos de golfe. Inicialmente, a

rega era efectuada apenas em viveiros de relva e em zonas

vedadas aos golfistas, como prevenção à contaminação.

Contudo, com a adopção de tratamentos terciários adequados

e, principalmente, com a aplicação das radiações ultravio-

letas e dos modernos filtros, nomeadamente membranas, o

nível de concentração patogénica é de tal modo baixa, que

não é de prever a contaminação das relvas.

Os problemas causados pelos sistemas de rega não conven-

cional, (nomeadamente os relacionados com reutilização

de águas residuais) poderão ser estudados, recorrendo a

modelos de simulação, respectivamente, para aspectos de

contaminação ambiental (Beltrão et al., 2002 b) e para

aspectos económicos (Penkova et al., 2002).

Em relação às águas residuais agrícolas, os chorumes são

utilizados, juntamente com os dejectos sólidos triturados

das instalações pecuárias, sendo distribuídos no solo

através de aspersores especiais, que possuem agulhetas de

maior diâmetro e em borracha para permitirem mais facil-

mente a passagem de matérias sólidas. Dado o seu pobre

teor em fósforo em relação aos restantes macronutrientes

é usual fazer a sua correcção. É evidente que os chorumes

são IMPRÓPRIOS para utilização na rega localizada.

11.3.2.3 Águas de drenagem

As características das águas de drenagem provenientes das

zonas urbanas poderão aproximar-se mais das características

das águas residuais; as provenientes da drenagem de

explorações agrícolas aproximam-se mais das características

das águas salinas; estas últimas poderão ainda estar conta-

minadas por pesticidas.

QUADRO 4 - DECRETO-LEI NR. 236/98 (1998)

VMR - Valor Máximo RecomendávelVMA - Valor Máximo Admissível

Parâmetros

Al

As

Ba

Be

HCO3

B

Cd

Pb

Cl

Co

Cu

Cr

Sn

Fe

F

Li

Mn

Hg

Mo

Ni

NO3

NO2

ECw

Se

SO4

V

Zn

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

ppm

dS/m

ppm

ppm

ppm

ppm

pH

5.0

0.10

1.0

0.5

-----

0.30

0.01

5.0

70

0.05

0.20

0.10

2.0

5.0

1.0

2.5

0.20

-----

0.005

0.5

5.0

-----

1.00

0.02

575

0.10

2.0

6.5 - 8.4

20

10

-----

1.0

-----

0.75

0.05

20

-----

10

5.0

20

-----

-----

15

5.8

10

-----

0.05

2.0

----

----

----

0.05

-----

1.0

10.0

4.5 - 9.0

-----

Símbolos Unidades

Qualidade das águasdestinadas à rega

VMR VMA

MPN/100ml

Nº/l 1.0

100

-----


193

11.4 Eficiência de rega e sua classificação

11.4.1 Eficiência de transporte (et)

Et = 100 (Wf /Wd) (13)

em que

Wf - água aplicada durante a rega na respectiva parcela;

Wd - água proveniente da fonte de abastecimento

Esta eficiência Et está muito relacionada com as fugas deágua, estado de conservação das tubagens e dos gruposmotor-bomba e sua eficiência. É de salientar a importânciada pressurização a pressão constante (implicando natural-mente a integração da variação de velocidade nos motoreseléctricos) garantindo a dispersão da água eficientementecom o mínimo consumo energético ou seja, só pressiona o volume de água ajustado às necessidades hídricas dasculturas (Vide Capítulo 3).

11.4.2 Eficiência de distribuição (ed); referênciaao coeficiente de uniformidade de distri-buição de água de christiansen (cuc)

É frequente utilizar o coeficiente de uniformidade de distribuição de água Christiansen (CUC) como a eficiênciade distribuição Ed

Ed (CUC) = 100 {1 - [ ( Σ | X | ) / (m x n) ] } (14)

em que

m - média (sistemas de rega por gravidade - profundidadede rega; sistema de rega sob pressão

- dotação de rega)

X - desvio à média

n - número de observações (amostras recolhidas de amostras)

A Fig. 8 mostra um campo experimental de batateira, regadapor aspersão onde foram recolhidas amostras dos udóme-tros para determinação da eficiência de distribuição.

A eficiência Ed está relacionada principalmente: com a) características físicas do solo e declive; b) velocidade dovento, diagrama pluviométrico, características de funciona-mento e qualidade dos aspersores e grau de pulverização(sistemas de rega por aspersão); problemas de entupimentoe qualidade dos gotejadores ou miniaspersores (sistemasde rega localizada).

Fig. 8 - Campo experimental de batateira, regada por aspersão,com udómetros para a determinação da eficiência dedistribuição Ed.

11.4.3 Eficiência de aplicação (ea)

Ea = 100 (Ws / Wf) (15)

em que

Ws - água armazenada na zona radicular

A eficiência Ed está relacionada principalmente: com a) características físicas do solo e declive (sistemas de regapor gravidade); b) velocidade do vento e temperaturadurante a rega, características de funcionamento e quali-dade dos aspersores e grau de pulverização (sistemas derega por aspersão); problemas de entupimento e qualidadedos gotejadores ou miniaspersores (sistemas de rega locali-zada). O QUADRO 5 apresenta as perdas de água durante arega, em função da velocidade do vento e temperatura paraaspersores de alto grau de pulverização (Beltrão, 1976), deacordo com Achtnich (1966).

QUADRO 5 - PERDAS MÉDIAS DE ÁGUA DURANTE A REGA

EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA E DA VELOCIDADE DO VENTO;

PARA ASPERSORES DE ALTO GRAU DE PULVERIZAÇÃO

PERDAS MÉDIAS DE ÁGUA DURANTE A REGA (%)

(° C)5

1015202530354045

0,01,02,03,0 3,54,0 6,08,0

12,015,0

0,52,03,04,0 4,56,08,09,5

13,017,0

1,04,05,05,56,07,58,5

10,514,018,5

1,55,06,06,57,59,0

10,011,515,020,0

2,0 7,07,58,09,0

10,011,513,017,021,0

2,59,09,5

10,012,012,5 13,516,019,023,0

3,0 12,012,513,0 13,514,0 16,018,021,025,0

3,515,016,0 16,517,018,0 20,021,525,030,0

4,020,021,0 22,022,524,0 25,527,031,035,0

4,525,026,027,0 28,030,031,533,036,040,0

5,030,031,0 32,0 33,034,0 35,037,040,045,0

Velocidade do vento (m s-1)Temp.


194

- temperatura durante a rega

- rega por aspersão - grau de pulverização, diagrama pluvio-

métrico, qualidade e características dos aspersores; e

velocidade do vento

- rega localizada - problemas de entupimento, qualidade e

características dos gotejadores e miniaspersores

A transpiração, a assimilação e a produção estão associadas,

porque o vapor de água e o CO2 passam através dos mesmos

estomas, utilizando-se geralmente para expressar as rela-

ções entre estes parâmetros o coeficiente de transpiração

CT, definido por (Achtnich,1966):

CT = T / MS (20)

T - transpiração (m3 de água);

MS - matéria seca produzida (kg)

Valores médios de CT : cana de açúcar (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), feijão (0,45 - 0,55), trigo (0,35 -0,50),

beterraba (0,30 - 0,50),

Para o cálculo da eficiência total Er no caso da rega gota a

gota, Keller e Karmeli (1975) consideram apenas a transpi-

ração T e não a evapotranspiração real da cultura ETa, visto

que das componentes da evapotranspiração, a evaporação

directa não estar associada à produção, ao contrário do que

se verifica com a transpiração. Assim este tipo de eficiência

deverá ser apenas aplicado no caso da rega gota a gota

superficial e subterrânea. No caso especial da rega gota a

gota subterrânea toda a água aplicada será consumida

praticamente apenas por transpiração (Oron e Beltrão,

1993), sendo neste caso T = ETa. Os principais parâmetros

que condicionam a relação transpiração / evapotranspiração

são o índice de área foliar IAF, a radiação e o compasso

(Beltrão & Ben Asher,1997b; Beltrão et al., 1997). Nestas

condições, a eficiência total Er(T) seria dada pela expressão:

Er(T) = RT . Ed (21)

sendo

RT = 100 (T / Wf) (22)

em que

Er (T) - eficiência total Er específica para o caso da rega gota

a gota.

RT - relação de transpiração

11.4.4 Eficiência de armazenamento

Es = 100 (Ws / Wn) (16)

em que

Wn - água necessária na zona radicular

11.4.5 Eficiência de uso de água

Eu = Y / ETa (17)

em que

Y - Produção;

ETa - Evapotranspiração real da cultura.

11.4.6 Eficiência total de rega

Segundo (Oliveira, 1993); a eficiência de rega Er total que

deverá ser utilizada nos cálculos da dotação real de rega é:

- a nível da parcela de rega (Er)

Er = Ea . Ed (18)

- a nível do perímetro de rega (ERp)

Erp = Ea . Ed . Ep (19)

11.5 Eficiência de rega e consumo deenergia nos sistemas de rega sobpressão

11.5.1 Valores médios e técnicas de maximi-zação da eficiência de rega

Os valores médios geralmente atribuídos à eficiência de

rega Er a nível da parcela de rega são: gravidade (0,40 - 0,80);

subterrânea (0,80); aspersão (0,70 - 0,85); miniaspersão

(0,85 - 0,90); gota a gota superficial (0,90 - 0,95); gota a

gota subterrânea (0,95 - 1,00).

Maximiza-se a eficiência de rega - MAXIMIZANDO A

TRANSPIRAÇÃO E A UNIFORMIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE

ÁGUA E MINIMIZANDO A EVAPORAÇÃO DIRECTA.

Parâmetros que condicionam a eficiência de rega

- características físicas do solo

- declive do solo


195

11.5.2 Elementos e parâmetros de rega a uti-lizar no cálculo do consumo de energia

Os elementos necessários a utilizar no cálculo do consumode energia nas instalações de rega sob pressão em Portugal,por hectare regado, seguem os conceitos adoptados porRaposo & Beltrão (1982), e são apresentados nos QUADROS6 e 7, e incluem os seguintes factores:

- caudal de ponta ( m3 h-1)

- Volume anual de rega (m3)

- Potência dos grupos motor-bomba, eléctricos (kW) ou térmicos (HP)

- Consumos dos grupos motor-bomba (kWh ou L de gasóleo)

Os valores destes elementos foram obtidos a partir dascondições seguintes (QUADROS 6 e 7):

1 - Valores médios dos seguintes parâmetros de rega:

- eficiência de rega (%);

- duração útil diária de rega (h d-1);

- número de dias úteis por semana;

- altura manométrica total (m);

- rendimento total dos grupos motor-bomba (%);

2 - As dotações de rega diárias de ponta estão compreendidasentre 4 e 6 mm d-1 (40 a 60 m3 ha-1) e os volumes anuaisde rega entre 3400 e 5100 m3 ha-1 (valores úteis teóricos,isto é, sem incluir a eficiência e rega e a percentagem desolo humedecido).

3 - A percentagem de solo humedecido, de acordo com oconceito de Keller e Karmeli (1975), no que respeita àrega localizada, está compreendida entre 30 e 50 % nospomares, e 50 a 70 % nas culturas hortícolas ao ar livre,e 70 a 90 % nas culturas hortícolas e ornamentais emestufa.

4 - Quanto às culturas em estufa:

- não aproveitamento das águas pluviais;

- ocupação ao longo do ano na ordem de 80 %;

- diminuição da evapotranspiração da ordem dos 30 %

TIPO DE INSTALAÇÃO

REGA POR ASPERSÃO

Estacionárias

- Móveis

- Semi-fixas

- Fixas

Semoventes

- Sistemas pivot

- Canhões autom.

REGA LOCALIZADA

Miniaspersão

Gota a gota sup.

Pomares

Hort. ar livre

Hort. orn. estufas

80

80

85

85

70

90

92

92

95

10

12

18

20

16

20

20

20

20

5,5

5,5

7

7

5,5

7

7

7

7

60

60

60

80

100

40

40

35

35

6,4-6,9

5,3-8,0

2,6-3,9

2,7-4,0

4,5-6,8

1,1-2,7

1,1-1,6

1,5-2,3

1,0-1,6

4300-6400

4300-6400

4000-6000

4500-6800

4900-7300

1900-2800

1800-2800

2600-2900

1700-2000

EFICIÊNCIADE REGA Er

(%)

DURAÇÃO ÚTILDAS REGAS

Por dia(h)

Por semana(d)

ALTURAMANOMÉTRICA

TOTAL (m)

NECESSIDADESHÍDRICAS

débito de ponta(m3 h-1)

volume anual (m3)

QUADRO 6 - ELEMENTOS E PARÂMETROS DE REGA A UTILIZAR NO CÁLCULO DO CONSUMO DE ENERGIA

DAS INSTALAÇÕES DE REGA SOB PRESSÃO


196

11.5.3 Consumo anual de energia para instalações de rega sob pressão

Os valores médios do consumo de energia nas instalações de rega sob pressão em Portugal, por hectare regado, são apresen-

tados no QUADRO 7.

TIPO DE INSTALAÇÃO

REGA POR ASPERSÃO

Estacionárias

- Móveis

- Semi-fixas

- Fixas

Semoventes

- Sistemas pivot

- Canhões autom.

REGA LOCALIZADA

Miniaspersão

Gota a gota sup.

Pomares

Hort. ar livre

Hort. orn. estufas

1,4 - 2,1

1,2 - 1,8

0,9 - 1,4

0,6 - 0,9

1,7 - 2,5

0,17 - 0,25

0,16 - 0,24

0,19 - 0,29

0,13 - 0,20

950 - 1500

950 - 1500

950 - 1400

1400 - 2100

2000 - 2800

290 - 430

280 - 420

350 - 520

240 - 360

2,3 - 3,5

2,0 - 3,0

1,0 - 1,5

1,3 - 2,0

2,8 - 4,2

0,28 - 0,41

0,27 - 0,40

0,33 - 0,49

0,22 - 0,34

380 - 570

380 - 570

380 - 560

540 - 810

720 - 1100

120 - 170

110 - 160

140 - 200

90 - 140

MOTOR ELÉCTRICO (µt = 75 %)*

POTÊNCIA (kW) CONSUMO ANUAL (kWh)

MOTOR DIESEL (µt = 60 %)*

POTÊNCIA (HP)CONSUMO ANUAL

(L gasóleo)

QUADRO 7 - CONSUMO ANUAL DE ENERGIA PARA INSTALAÇÕES DE REGA SOB PRESSÃO

* Rendimento total do grupo motor-bomba

Os valores dos elementos apresentados nos QUADROS 6 e 7deverão ser utilizados com alguma reserva, uma vez que representam valores médios para condições médias. Osvalores apresentados mostram uma grande diversidade de valores entre os vários sistemas de rega, tipos de insta-lação e modalidades respectivas de funcionamento.Mostram-se, principalmente, diferenças entre a rega poraspersão (e o que se verifica entre as instalações estacio-nárias e semoventes) e a rega localizada, nomeadamenteno que diz respeito às potências dos grupos motor-bombae ao consumo anual de energia (eléctrica ou térmica). Háainda duas grandes vantagens que contribuem paradiminuir o consumo de energia, a saber - a) o aumento donível de automatização, quer para os sistemas de rega porgravidade (Serralheiro, 1986), quer para os sistemas de rega

sob pressão (Raposo, 1996a) que, além de contribuir para adiminuição da mão de obra, permite um controlo da regamuito maior, conseguindo-se obter consumos mais baixos;b) o aumento do rendimento do grupo motor-bomba e a pressu-rização a pressão constante, garantindo o bombeamentoda água o mínimo consumo de energia. Nos QUADROS 8 e9 apresentam-se valores representativos do custo do m3 deágua em zonas áridas de Portugal (Algarve) e de Espanha(Baleares), de acordo com estudos efectuados, respectiva-mente por Raposo e Beltrão (1982) e Costa (2003) parao Algarve e Brissaud (2003) para as Ilhas Baleares. Nestesvalores foram incluídos os custos dos materiais dos sistemasde rega sob pressão e os problemas económicos a que estãoassociados, como os prazos de amortização, longevidade emanutenção das instalações (Beltrão, 1986).


197

11.6 Conclusões

Como notas finais deste capítulo podemos salientar aimportância da eficiência de rega no que respeita quer aoconsumo de energia, quer aos custos do material dosrespectivos sistemas de rega. Por outro lado, salienta-se a polivalência das instalações de rega sob pressão, atravésde outras aplicações adicionais à rega por humedecimento. A utilização das águas de fontes não convencionais deveráser maior nas regiões mais áridas para suprir a falta de águapotável e para aumentar a fertilidade do solo; contudo,tal prática deve ser efectuada com o maior cuidado dadosos riscos ambientais e de saúde que envolve; para manter a sustentabilidade dos espaços verdes e dos campos agrícolas, o seu controlo deverá ser efectuado através detécnicas limpas e ambientalmente seguras. Em relação aodesenvolvimento dos regadios em Portugal, verifica-se que os sistemas de rega sob pressão começaram a substi-tuir nos anos sessenta, através da rega por aspersão, os sistemas de gravidade convencionais; a partir dos anosoitenta, a rega gota a gota superficial e a miniaspersãocomeçaram a desenvolver-se em culturas em linhas(hortofruticultura), tendo já surgido nestes últimos anossistemas de rega gota a gota subterrânea, com evidenteeconomia de água. Os custos elevados do consumo de energia e dos materiais dos sistemas de rega sob pressão e os problemas económicos e ambientais a que estão asso-ciados, levará no futuro a que os sistemas de rega sobpressão sejam melhor concebidos e projectados, além deuma manutenção feita em boas condições. Concorre paraisso a maximização dos seguintes parâmetros e actividades:

1) eficiência de rega, incluindo a das utilizações

polivalentes;

2) nível de automatização;

3) controlo da rega;

4) descontaminação ambiental (recursos hídricos

não convencionais);

5) rendimento dos grupos motor-bomba;

6) pressurização a pressão constante;

7) manutenção das instalações.

ORIGEM DA ÁGUA

Subterrâneas

Part. Superficiais

Rede superficiais

Residuais tratadas*

Na parcela

0,04

---

0.06

---

Energia aplicada

0,05

0,05

0,01

0,05

Instalação

0,15

0,15

0,15

0,15

TOTAL

24

20

22

20

QUADRO 8 - CUSTO MÉDIO DA ÁGUA DE REGA NOALGARVE, EM FUNÇÃO DA SUA ORIGEM (EURO/m3)

ORIGEM DA ÁGUA

Subterrâneas

Part. Superficiais

Rede superficiais

Residuais tratadas

Residuais tratadas c/ tratamento adicionais

Total

0.27

0,23

0,25

0,12

0,12- -0,23

QUADRO 9 - CUSTO MÉDIO DA ÁGUA DE REGA NAS I.BALEARES (Brissaud, 2003), EM FUNÇÃO DA SUA ORIGEM

(EURO / m3).

*Sem tratamento adicional efectuado pelo agricultor.


198


Achtnich, W. 1966.Die boden physikalischen, klimalogis-chen und pflanzen physiologischen Grundlagen derBeregnung, Perrot-Handbuch der Beregnungstechnik: 7-29,Perrot-Regnerbau GmbH & Co. Calw/Wúrtt, Deutschland.

Allen, R.G.; Pereira, L.S.; Raes, D.; & Smith, M. 1998.Crop evapotranspiration. Guidelines for computing cropwater requirements. FAO Irrig. and Drain. Paper 56, FAO,Rome.

Asano, T. (ed.). 1998. Wastewater reclmation and reuse.Water Quality Management Library, Technomic PublishingCompany, INC., Lancaster, USA.

Beltrão, J.1976.Distribuição de água em ensaios de rega poraspersão. Pedologia 11(1):135-156.

Beltrão, J. 1986. Manutenção de instalações de rega sobpressão. Painel dos Recursos Hídricos do Algarve - Silves eAlvor. Associação Portuguesa dos Recursos Hídricos. Faro.

Beltrão, J.1993. A produção agrícola Algarvia e a salinidadeda água de rega. Boletim Informativo da Associação dosEngenheiros Agrónomos e Silvicultores do Algarve.ASGARVE, 13:4-6.

Beltrão, J. 1997. Aplicação da fertirrrega na experimentaçãode culturas regadas. Conferência Plenária. I CongressoIbérico de Fertirrigação 97, Maio. Múrcia, Espanha.Resumenes, Ponencias y Conferencias. Actas de Horticultura19(1): 15-27.

Beltrão, J.; Ben Asher, J; & Magnusson, D. 1993. Sweet cornresponse to combined effects of saline water and nitrogenfertilization. Acta Horticulturae 335:53-58.

Beltrão, J.; Silva, A.A.; & Ben Asher, J. 1996. Modeling theeffect of capillary water rise in corn yield in Portugal.Irrigation and Drainage Systems 10:179-189.

Beltrão, J.; & Ben Asher, J. 1997a. The effect of salinity oncorn yield using CERES-Maize model. Irrigation andDrainage Systems 11:15-28.

Beltrão, J. & Ben Asher, J. 1997b. Modelling plant transpira-tion decrease due to salinity of irrigation water.International Conference on "Water management, Salinityand Pollution Control towards Sustainable Irrigation in theMediterranean Region" Bari, Italy. Vol. IV: 349-364.

Beltrão, J.; Trindade, D.; Silva, C.; & Ben Asher, J. 1997.Modelando a influência da radiação absorvida fotossinteti-camente activa na acumulação de biomassa no milho doce.II Congresso Iberoamericano de Ciências Hortícolas. 97,Março. Vilamoura, Algarve, Portugal. Actas de Horticultura,16:458-464.

Beltrão, J.; Jesus, S.B.; Trindade, D.; Miguel, M.G.; Neves, M.A.;Panagopoulus, T. & Ben Asher, J. 2002a). Combined effectsof salts and nitrogen on the yield function of Lettuce. ActaHorticulturae 573:363-368.

Beltrão, J.; Oron, G.; Salgot, M.; Alexandrov, V.; Khaydarova,V.; Menzhulin, G.; Pak, E.; & Penkova, N. 2002b). Compositemodels for agricultural and recreational effluent reuse:decision under various conditions in different countries.Proceedings of the 5th Conference on Water resourcesManagement in the ERA of Transition (September, 4 - 8,2002). Athens, Greece. European Water ResourcesAssociation:396-403.

Ben Asher, J.; Beltrão, J. Costa, M.; Anaç, S.; Cuartero, J.; &Soria, T. 2002. Modeling the effect of sea water intrusion onground water salinity in agricultural areas in Israel,Portugal, Spain and Turkey. Acta Horticulturae 573:119-128.

Brissaud, F. 2003. Water reuse planning in two Europeanislands. International Seminar on Watewater Reclamationand Reuse (September 25-26, 2003). Izmir, Turkey: AGBARFoundation: 3-4.

Costa, M. 2003 - Utilização de agues residuais depuradas narega e de lamas urbanas como fertilizante dos solos noAlgarve. Tese de doutoramento, Universidade do Algarve,Faro.

Costa, M.; Dionisio, L.; Brito, J.; Matos, L.; Rebelo, J.; Guerrero, C;Gamito, P.; & Beltrão, J. 2002. Response of fairway grasses of golf courses to potable irrigation as compared to waste-water irrigation. Acta Horticulturae 573:357-362.

Cuartero, J.; Pulido, J. M.; Gomez-Guillaumon; M.L.; andAlvarez, M. 2002. Salt removal potential of Barley, alfalfa,Atriplex patula and A prostata. International Symposium onTechniques to Control Salination for HorticulturalProductivity, Antalya Turkey. Acta Horticulturae 573:387-391.

Dasberg, S. & Bresler, E. 1985. Drip irrigation manual.International Irrigation Information Center, Bet Dagan,Israel.

Dasberg, S. & Or, D. 1999. Drip irrigation. AppliedAgriculture, Springer Verlag, , New York.

Decreto-Lei nº 236/98. Diário da Republica (I série) 176 de1/8/98: 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 águas residuais urbanas -Tratamentos e Reutilização na Rega. Relatório final.Licenciatura em Eng. Hortofrutícola, UCTA, Universidade doAlgarve, Faro.

Hillel, D. 1980a). Fundamentals of Soil Physics. AcademicPress. New York. USA:

Hillel, D. 1980b). Appications of Soil Physics. AcademicPress. New York. USA:

Jones, C.A.; & Kiniry, J.R. (eds.). 1986. Ceres-Maize: a simula-tion model of maize growth and development. Texas A. &M. University Press; College Station, Texas, USA. .


199

Keller, J. & Karmeli, D. 1975. Trickle irrigation design. RainBird Sprinkler Manufacturing Corporation, Glendora,Califórnia, USA.

Luís, M.L. 2003. Resposta de seis cultivares de citrinos à regagota a gota, com água residual. Relatório final, Licenciaturaem Eng. Agronómica, FERN, Universidade do Algarve, Faro.

Marecos do Monte, M.H.F. 1996. Contributo para a utiliza-ção de águas residuais tratadas par a irrigação em Portugal.Tese de doutoramento, IST, Universidade Técnica, Lisboa.

Mayer, R. 1945. A técnica do regadio. Colecção "A Terra e oHomem", Lisboa, 1945.

Oliveira, I. 1993. Técnicas de regadio. Instituto de EstruturasAgrárias e Desenvolvimento Rural, Lisboa.

Oron, G.; & Beltrão, J. 1993. Complete environmental efflu-ent disposal and reuse by drip irrigation. Developments inPlant and Soil Sciences 53: 153-156.

Pedras, C. 2003. Sistemas de apoio à decisão para projecto eanálise de funcionamento de sistemas de rega sob pressão(rega localizada). Tese de doutoramento, Universidade doAlgarve, Faro.

Penkova, N.; Beltrão, J.; Oron, G.; Salgot, M.; Alexandrov, V.;Khaydarova, V.; Menzhulin, & Pobereijsky, L. 2002.Secondary wastewater reuse as a component of integratedwater resources management. Proceedings of the 5thConference on Water resources Management in the ERA ofTransition (September, 4 - 8, 2002). Athens, Greece.European Water Resources Association:366-374.

Pereira, L. S. 2004. Necessidades de água e métodos de rega.Colecção Euroagro, Publicações Europa-América, MemMartins, Portugal.

Raposo, J. R. 1994. A rega por aspersão. Colecção TécnicaAgrária 8. Livraria Clássica Editora, Lisboa.

Raposo, J.R. 1996a. A rega localizada (gota a gota e mini-aspersão). Edições Correio Agrícola, Lisboa.

Raposo, J.R. 1996b. A rega dos primitivos regadios às modernas técnicas de rega. Fundação Calouste Gulbenkian,Lisboa.

Raposo, J. R.; & Beltrão, J. 1982. Quelques éléments essen-tiels sur les installations d'irrigation sous pression auPortugal. 1ères Journées Luso-marocaines. Hommes, Terreet Eaux, 46:37-42.

Rosado, V. 2002. Impacte ambental em campos de golfe(estudos preliminares). Relatório 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. Paineldos Recursos Hídricos do Algarve - Silves e Alvor.Associação Portuguesa dos Recursos Hídricos. Faro.

Serralheiro, R. 1986. Sistemas de rega por gravidade. Paineldos Recursos Hídricos do Algarve - Silves e Alvor.Associação Portuguesa dos Recursos Hídricos. Faro.

Shalhevet, J. ; Mantell, A. ; Bielorai, H. ; & Shimshi, D. 1981.Irrigation of field and orchard crops under semi-arid condi-tions. International Irrigation Information Center, BetDagan, Israel.

Taylor, H.M.; Jordan, W.A.; Sinclair, T.R. (eds.) 1983.Limitations to efficient water use in crop production. ASA,Madison, Wisconsin, USA.


201

Aplicação de Sistemas de Pressurização em Processos Industriais

12. APLICAÇÃO DE SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO EM PROCESSOS INDUSTRIAIS

Autores:

Pedro FarinhaResponsável de Área de Engenharia da

Hovione FarmaCiência, S.A.

Luís OlivalGestor de Projectos de Engenharia da

Hovione FarmaCiência, S.A.

203


A Hovione

Hovione é uma empresa portuguesa dedicada à química farmacêutica. Investiga e produz com alta tecnologia e qualidade,substâncias activas farmacêuticas. Estes produtos - exportados para mercados tão exigentes quanto os dos Estados Unidos,Japão, União Europeia e Austrália – constituem a base activa dos medicamentos formulados por laboratórios farmacêuticos,clientes da empresa.

Fundada em 1959 por Ivan Villax, investigador químico, a Hovione tem duas unidades fabris, em Loures e em Macau, e umCentro de Transferência de Tecnologia em New Jersey, nos EUA.

Fig. 1 - Grupo Hovione

A principal actividade da Hovione consiste na investigação e desenvolvimento de processos de síntese e na produção desubstâncias activas farmacêuticas, apresentando duas vertentes de negócio: os produtos genéricos e o “outsourcing”(produção em exclusivo para terceiros).

Na área dos produtos genéricos, a Hovione desenvolve a sua actividade através de processos de síntese próprios, dos quaisse destacam três grandes linhas de produtos: os antibióticos do grupo das tetraciclinas, que são agentes anti-infecciososusados na preparação de cápsulas e comprimidos; os corticosteróides, utilizados como anti-inflamatórios e anti-alérgicos napreparação de pomadas e aerossóis; os agentes de diagnóstico radiológico, usados na preparação de injectáveis, que permitema visualização das veias, artérias e órgãos nos exames radiográficos. Durante a década de 90, a empresa desenvolveu asegunda vertente do negócio, iniciando contratos de desenvolvimento de processos e fabricação de novos produtos paraterceiros, incluindo anti-virais e terapias anti-SIDA, anti-parasíticos e produtos utilizados em terapias oncológicas, um negócioque neste momento representa 40% do seu volume de vendas.

A Hovione já desenvolveu mais de 100 processos de síntese química próprios e detém um número elevado de patentes anível mundial. Com uma facturação anual de aproximadamente 68 milhões de Euros, o Grupo Hovione investe cerca de 8%do seu volume de vendas em investigação e desenvolvimento, 6% em projectos ambientais, 5% em qualidade e 1% emformação, sendo de destacar a aposta feita na área da qualidade e da pesquisa, nas quais emprega mais profissionais doque na produção.

As duas fábricas da Hovione são inspeccionadas e aprovadas pela Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos,ambas são certificadas ISO9000. Cerca de 660 profissionais, de dez nacionalidades diferentes e com idade média de 37 anos,trabalham na Hovione.

Outra área que tem merecido grande dedicação por parte da Hovione é a que diz respeito à protecção ambiental, na qualinvestiu, desde 1990, 14,1 milhões de Euros, e que lhe valeu, em 1992, o prémio de “Melhor Meio Ambiente na Indústria”,atribuído pela Comissão Europeia e pelo Programa Ambiental das Nações Unidas. Exemplo do compromisso que assumiu comas questões ambientais é o facto de ter subscrito o Responsible Care Program e utilizar tecnologias GreenCycleTM.

205

• erosão mecânica. As zonas de fricção devem ser devida-mente acauteladas de modo a minimizar o risco de liber-tação de partículas resultantes da erosão ou desinte-gração para o processo. No caso das bombas deve serdada atenção aos empanques mecânicos, aos impulsores,às chumaceiras e às juntas. A manutenção preventivadeverá recorrer a inspecções periódicas visuais de todasas zonas críticas.

É assim exigido ao fornecedor de equipamentos de processosuporte documental (quando aplicável) para: lista e certificadode materiais; desenhos de construção mecânicos/eléctricos/

/funcionais; relatórios dos testes em fábrica; manuais deoperação/manutenção c/ recomendação de peças de reservas;lista de lubrificantes; garantias e certificações.

12.2.2 SegurançaUma vez que no fabrico de produtos farmacêuticos de basesão utilizadas, em grande quantidade, substâncias inflamáveis,os equipamentos utilizados têm que estar preparados parafuncionar em ambientes com potencial perigo de explosão,ou seja têm que ser construídos e instalados em conformidadecom a Directiva ATEX 94/9/CE, em vigor desde 30 de Junhode 2003.

Esta directiva cobre os requisitos técnicos a serem conside-rados, desde a certificação dos componentes eléctricoscomo anti-deflagrantes para a classe de temperatura a quepossam estar sujeitos, bem como certificação que ateste aadequabilidade da solução ao processo e local onde seinsere. Esta certificação é resultante de uma avaliação dosriscos envolvidos, de forma a projectar o equipamento e asua instalação de modo a evitar a formação de atmosferasexplosivas e fontes de ignição, e quando se verifique umaexplosão o equipamento deverá ter meios que permitaminterromper imediatamente a deflagração e/ou limitar osseus efeitos.

12.2.3 Ambiente A directiva Europeia IPPC (Integrated Pollution Preventionand Control) tem como objectivo a prevenção integrada e ocontrolo da poluição resultante da produção industrial,abrangendo também as indústrias de síntese química.

As emissões de COV's (Compostos Orgânicos Voláteis)localizadas e difusas, têm a obrigação legal de serem deter-minadas e manifestadas oficialmente. Essas emissõesdevem ser minimizadas nas fontes, através de soluções BAT(Best Available Techniques), abordadas no documento dereferência do IPPC.

Em relação a equipamento de bombeamento centrífugo, éreferido no documento do IPPC a particular atenção quedeve ser prestada à selagem, uma vez que tem que sergarantida a vedação permanente entre os elementos rota-tivos e estáticos, de forma a evitar perdas para o exterior.É referido com BAT a utilização de empanques mecânicossimples ou duplos, e em caso de bombeamento de líquidoscom elevado grau de perigosidade ou toxicidade devem serutilizados empanques magnéticos.


12.1 IntroduçãoO equipamento utilizado na produção de Princípios Activospara a Indústria Farmacêutica, por síntese química, requerum elevado grau de exigência em termos de Qualidade,Segurança, Ambiente e Saúde Ocupacional.

As bombas centrífugas Grundfos são utilizadas em diferentesoperações do processo de fabricação de Princípios Activos,que vão desde a simples trasfega de solventes ou misturasreaccionais, até sistemas sofisticados de filtração porOsmose Inversa, ou ainda sistemas de distribuição e circu-lação de fluidos.

12.2 Critérios de selecção de equipamentode processo

Os critérios de selecção de equipamento para ser utilizadono fabrico de produtos farmacêuticos de base, baseiam-seno elevado grau de exigência em termos de Qualidade,Segurança, Ambiente e Saúde Ocupacional.

É requisito imprescindível a marcação CE de conformidadejuntamente com toda a documentação definida naDirectiva 94/9/CE.

12.2.1 Qualidade

O fabrico de produtos farmacêuticos de base é regido poruma elevada exigência de qualidade, sendo necessário umlevantamento de todos os factores de risco que possamafectar a especificação do produto. Assim, para todos osequipamentos que contactem directamente com o produto,é necessário fazer uma evidência documental do controledos possíveis contaminantes externos, provenientes dessesequipamentos, que possam afectar a qualidade do produto.

No caso das bombas centrífugas de processo, os contami-nantes externos podem surgir de:

• lubrificantes ou fluidos de selagem usados nos equipa-mentos de processo. Quando admissíveis, os lubrificantesdeverão ser de qualidade alimentar.

• resíduos de aplicações anteriores. O desenho dos equipa-mentos deve ser tal que minimize as zonas mortas, tenhasuperfícies não rugosas e isentas de fissuras. Facilidadede desmontagem e montagem com reduzido número depeças são factores também a considerar na escolha deuma bomba.

• elastómeros (empanques, juntas, etc.) não adequados aoprocesso, podem degradar-se por acção química e/ou térmica.

• produtos resultantes da corrosão, nomeadamente metaispesados. Materiais de construção devem ser seleccionadosde modo a minimizar a corrosão química dos compo-nentes metálicos.

206

Fig. 2 - Osmose inversa de purificação de água

Outra aplicação de Osmose Inversa na Hovione, consisteem concentrar 20m3/h de uma solução de Princípio Activo,desde uma concentração de 60g/lit até uma concentraçãode 150g/lit.

Fig. 3 - Osmose Inversa - Diagrama de processo

As condições operatórias necessárias são:

Numero de módulos em paralelo = 2 (Para aumentar a flexibilidade)

Caudal de cada módulo = 10 m3/h

Pressão de permuta = 40bar

Bombas seleccionas por módulo = 2 x CRN16-160 em série.

Nas figuras seguintes apresenta-se o diagrama da insta-lação e uma fotografia do sistema.

Fig. 4 - Osmose Inversa - Diagrama de tubagem e instrumentação

12.2.4 Saúde ocupacional

De acordo com a Directiva 2003/10/CE de 6 de Fevereiro de 2003, relativa à prescrição mínima de segurança e desaúde em matéria de exposição dos trabalhadores aos riscos devidos aos agentes físicos (ruído), a selecção doequipamento adequado fica condicionada ao ruído máximoadmissível para ocupação em permanência, tendo em contao trabalho a efectuar.

Assim o equipamento deverá produzir o mínimo de ruído,tendo em conta o progresso técnico e a disponibilidade demedidas de controlo dos riscos na fonte.

O manuseamento dos intervenientes em síntese químicadevem ser adequados ao seu grau de perigosidade para asaúde humana. Deve-se analisar qual a concentração máximaadmissível para cada contaminante na atmosfera da zonade trabalho e adequar o equipamento que garanta a contenção abaixo dos limites de exposição admissíveis -OEL - Occupational Exposure Limits.

12.3 Exemplos de aplicação industrial As bombas centrífugas Grundfos são utilizadas em diferentesoperações do processo de fabricação de Princípios Activos,que vão desde a simples trasfega de solventes ou misturasreaccionais entre equipamentos, até sistemas sofisticadosde filtração por Osmose Inversa, ou ainda sistemas dedistriuição de fluidos térmicos que garantam uma optimi-zação das condições operatórias.

Adiante faz-se uma descrição pormenorizada destas duasúltimas aplicações.

12.3.1 Filtração por Osmose Inversa

A filtração por Osmose Inversa é a filtração mais fina tecni-camente possível e consiste em reter partículas com dimensãoum milhão de vezes inferior a 1 mm, numa membranaporosa geralmente feita em celulose.

A Osmose Inversa é utilizada industrialmente para purificarágua ou outros solventes, retirando as moléculas indese-jáveis, ou concentrar soluções de produtos valiosos.

O princípio de funcionamento da Osmose Inversa consiste emfazer passar através da membrana, o fluido que se pretendeisento de moléculas grandes, chamado permeado. Para quese dê uma separação efectiva é necessário alimentar o fluidoem condições de pressão e caudal adequados e consistentes.O fluido que não atravessa a membrana é chamado retido,por ser aquele que retém as moléculas grandes.

A Hovione tem uma instalação de purificação de água comum caudal de 10m3/h para produzir água com uma condu-tividade de 0.3µS.cm-1 a partir de água de qualidade potávelcom 3000µS.cm-1.


Alimentação20 m3/h60 g/ lit.

Retido8 m3/h149 g/ lit.

Permeado12 m3/h0.5 g/ lit.

Osmose Inversa

Membrana

Retido

Permeado

Alimen-tação

207

Fig. 5 - Osmose inversa de concentração

12.3.2 Circuitos térmicos

Para obter o Princípio Activo em quantidade e qualidadeaceitáveis é necessário que as condições operatórias sejamoptimizadas e reprodutíveis, sendo a temperatura do meioreaccional um dos parâmetros críticos da síntese química.

Esta temperatura é controlada pela circulação de um fluidotérmico através do equipamento, com um determinadocaudal e a uma temperatura tal, que por contacto indirecto,promova a transferência térmica.

A circulação faz-se através de dois sistemas interligadosque são:

• Circulação de fluido térmico através do equipamentoa uma temperatura variável e a um caudal constante;

• Produção e Distribuição do fluido térmico nas diferentestemperaturas constantes e a um caudal variável;

12.3.2.1 Circulação de fluido térmico

12.3.2.1.1 Caudal

A circulação do fluido térmico através do equipamento éfeita através de uma bomba centrífuga que é dimensionadapelo caudal constante, cujo valor depende da capacidadetérmica do equipamento e pela altura manométricanecessária para a sua circulação.

O caudal de circulação do fluido térmico pode ser obtidoiterativamente pela Equação 1, que determina a tempera-tura da mistura reaccional T2 ao fim do tempo t:

Fig. 6 - Equipamento de síntese química

(1)

Em que:

(2)

As variáveis das Equações 1 e 2 são:

Tin é a temperatura de entrada do fluido de circulação (°C);

T1 é a temperatura inicial da mistura reaccional (°C);

T2 é a temperatura da mistura reaccional ao fim do tempo t;

M é a massa de mistura reaccional que se pretende aquecerou arrefecer (kg);

Cp é a capacidade calorifica média da mistura reaccional, nointervalo de temperaturas considerado (kcal / kg.°C);

q é o caudal volumétrico do fluido térmico de circulação(m3/h);

é a massa específica do fluido térmico (kg/m3) à tempe-ratura da operação.

cp é a capacidade calorífica média do fluido térmico, nointervalo de temperatura considerado (kcal / kg.°C).

U é o coeficiente global de transferência de calor (kcal//h.m2.°C), que depende da condutividade térmica de todosos materiais envolvidos na transferência térmica e daturbulência do seu movimento. O valor de U pode ser esti-mado teoricamente ou determinado experimentalmente;


t

K

K

cpq

CM

TT

TT p

in

in ⋅

−⋅

⋅⋅⋅=

−− 1

.ln

2

1

ρ

⋅⋅

⋅=cpq

AUK

ρexp

⋅⋅q ρ

208

QUADRO I - PARÂMETROS

Fig. 8 - Gráfico da temperatura da mistura reaccional para diferentes caudais de circulação

Analisando o gráfico da fig. 8, verifica-se que deixa de haveruma diminuição significativa do tempo total de aqueci-mento e de arrefecimento quando se aumenta o caudal decirculação de 15m3/h para 20m3/h.

Considerando o valor de caudal de 15m3/h e uma alturamanométrica de 20m.c.a, uma bomba adequada para acirculação de fluido térmico através da camisa de um reactorde 4000lit. de capacidade seria uma CR16-30.

12.3.2.2 Sistema de distribuição de fluido térmico

12.3.2.2.1 Temperaturas

O sistema geral de distribuição de fluido térmico é consti-tuído pelos subsistemas independentes de produção,armazenagem e distribuição do fluido térmico a diferentestemperaturas.

A é a área total (m2) através da qual se dá a transferênciatérmica, e depende da geometria do equipamento e daquantidade de mistura reaccional;

No ponto 12.3.2.1.2 é dado um exemplo ilustrativo da apli-cação das expressões 1 e 2, para determinação do caudalda bomba de circulação, em condições de aquecimento earrefecimento.

Fig. 7 - Diagrama do Circuito Térmico

12.3.2.1.2 Exemplo de aplicação

Selecção de uma bomba para um circuito térmico de umreactor de 4000lit. de capacidade, no qual se pretendem asseguintes condições operatórias:

a) Aquecimento da mistura reaccional desde uma tempe-ratura inicial T1=25°C até uma temperatura final deT2=100°C, com um fluido térmico a uma temperatura deentrada de Tin=120°C;

b) Arrefecimento da mistura reaccional desde uma tempe-ratura inicial T1= 25°C até uma temperatura final deT2=0°C, com o mesmo fluido térmico a uma temperaturade entrada de Tin=-15°C.

Considerar para perda de carga total do circuito o valor de20m.c.a.

Utilizando as Equações 1 e 2, de uma forma iterativa, e osparâmetros do sistema apresentados no Quadro I, obtém-seo gráfico de variação da temperatura da mistura reaccionalno tempo, para diferentes caudais de circulação.


M (kg)

Cp (kcal / kg.°C)

U (kcal / h.m2.°C)

A (m2)

r (kg / m3)

cp (kcal / kg.°C)

1.01

300

925

0.43

0.99

280

977

0.38

4000

10

Aquecimento Arrefecimento

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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)

Tem

pera

tura

(ºC

)

5m3/h

10m3/h

15m3/h

20m3/h

209

Para realizar aquecimentos é necessário dispor de um fluidotérmico a uma temperatura elevada, cujo valor depende datemperatura máxima exigível para o processo, nunca podendoser superior à temperatura admissível para o equipamento.

Geralmente a temperatura máxima utilizada nos processos deprodução de Princípios Activos situa-se entre 120°C e 150°C.

A produção do fluido nesta gama de temperaturas pode serrealizada por circulação através de permutadores de caloralimentados com vapor ou através de resistências eléctricas.

Fig. 9 - Diagrama do Circuito de Distribuição

Para efectuar o arrefecimento é necessário dispor de fluidotérmico a uma temperatura reduzida, cujo valor dependeda temperatura mínima exigida pelo processo e que nãopoderá ser inferior à temperatura mínima admissível para oequipamento.

Geralmente a temperatura mínima utilizada nos processosde produção de Princípios Activos situa-se entre os -30°C eos -15°C, em casos especiais poderá haver necessidade deuma temperatura criogénica, na ordem dos -100°C.

A produção do fluido térmico a -30°C faz-se normalmentepor circulação através de uma máquina frigorifica, ou deum permutador.

Geralmente para os sistemas térmicos de unidades de produção de Princípios Activos justifica-se economicamentea existência de um circuito térmico a uma temperaturaintermédia. Este fluido tem como principal função efectuaro primeiro arrefecimento ou aquecimento, quando oequipamento está a temperaturas extremas.

A escolha da temperatura mais adequada depende da utili-zação preferencial e do balanço económico e poderá sercerca de 25°C, que se obtém fazendo circular o fluido porum permutador por onde circule água arrefecida em torresde refrigeração, ou cerca de +5°C a +10°C para o qual énecessário ter uma máquina frigorífica.

12.3.2.2.2 Capacidade energética

A capacidade energética de um sistema de distribuição de fluidos térmicos depende do número e capacidade dosequipamentos que vão ser alimentados e também do factorde simultaneidade da instalação.

O factor de simultaneidade tem em conta que não é expec-tável que todos os equipamentos de uma instalação estejama trabalhar na sua capacidade térmica máxima em simul-tâneo. Este factor pode ser obtido por estimativa baseadano grau de utilização dos equipamentos, ou utilizandoequações estatísticas, como é o exemplo da equação 3.

(3)

em que n é o número total de equipamentos.

A utilização de modelos matemáticos requer uma análisecuidada do valor obtido, baseada na experiência de insta-lações similares e no bom senso.

12.3.2.2.3 Caudal

A determinação do caudal necessário para um sistema dedistribuição de fluido térmico é feita de forma idêntica àdeterminação da capacidade energética, descrita no pontoanterior, tendo em consideração o somatório de todos oscaudais necessários de todos os equipamentos alimentadospelo circuito, e aplicando o factor de simultaneidade.

Para obviar a variação das necessidades energéticas é conve-niente que a distribuição de fluido térmico se faça a caudalvariável, o que se consegue através da variação de velocidadedas bombas de distribuição, em função da número deconsumidores em funcionamento.

Fig. 10 - Sistema de distribuição

O ajuste do valor da velocidade é feito de forma a manterconstante a pressão do circuito de alimentação. Assim,quando um consumidor entra em funcionamento a pressãodo circuito de alimentação tende a baixar, o controladorfará aumentar a velocidade da bomba, para que a pressãose mantenha no valor de set-point seleccionado. Quandoum consumidor deixa de estar em funcionamento o contro-lador reage de forma inversa.

Com este sistema garante-se a alimentação uniforme aosequipamentos, em todas as condições de utilização dainstalação.


HTF

HTFR

1

1

−=

nf

210

O gráfico da figura 11 mostra a variação da potência absorvidaem função do caudal, para as três opções consideradas.Verifica-se que não há variação significativa da potênciaabsorvida.

Fig. 11 - Gráfico da potência absorvida para as opções de bombeamento

Pode concluir-se que a Opção I é a mais favorável, por termenor custo, menor número de equipamentos, ambos domesmo modelo, igual consumo energético, sendo aindagarantido 50% do caudal máximo em caso de avaria deuma bomba.

12.3.2.2.4 Exemplo de Aplicação

Seleccionar os sistemas de bombeamento dos circuitos de distribuição de fluido térmico de Aquecimento e Arrefeci-mento, para uma instalação composta por oito reactorescom as capacidades indicadas no Quadro II.

QUADRO II - CAPACIDADES

Aplicando a Equação 3 para oito reactores, conclui-se quepoderão estar quatro em funcionamento simultâneo.

Para o sistema de arrefecimento há a considerar que todosos reactores têm sistemas de condensação de CompostosOrgânicos Voláteis (COVs), que estará em funcionamentosempre que o reactor esteja a uma temperatura superior àambiente. Assim deverão considerar-se cinco equipamentosem utilização simultânea.

No Quadro III, são indicadas as necessidades energéticas eo caudal de distribuição necessário para o fluido térmico acada temperatura, tendo em consideração o número máximode equipamentos em funcionamento simultâneo nacapacidade máxima.

QUADRO III - CIRCUITO DE DISTRIBUIÇÃO

Para selecção dos sistemas de bombeamento do fluidotérmico às diferentes temperaturas, é possível considerartrês opções diferentes, tal como mostra o Quadro IV:

QUADRO IV - SISTEMA DE BOMBEAMENTOCAUDAL TOTAL = 120M3/H; H = 40M.C.A.

1 a 4

5 a 8

S

Equip.

4.000

10.000

56.000

Capacidade(lit.)

300.000

500.000

3.200.000

CapacidadeTérmica(kcal/h)

15

30

180

Caudal de circulação

(m3/h)

Fluido Térmico 2.000.000

CapacidadeTérmica(kcal/h)

120

Caudal de circulação

(m3/h)

CR64-2

CR64-2

CR45-2

CR45-2

CR45-2

CR32-3

CR32-3

CR64-2

60

60

40

40

40

30

30

60

2

3

3

I

II

III 8.000

8.600

7.250 22

22.5

22

OpçãoQuantidadede Bombas

Caudal(m3/h)

TipoCustoTotal

(Euros)

PotênciaInstalada

(kW)


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 15 30 45 60 75 90 105 120

Caudal (m3/h)P

otên

cia

(kW

)

Opção I

Opção II

Opção III

211


Grundfos. WinCAPS. Versão 7.44 / 2003.

Guides for New Facilities - Bulk Pharmaceutical Chemicals.

Volume1, First Edition ISPE, June 1996.

Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) -

Reference Document on Best Available Technics in LVOC

Industries - February 2003.y

Jornal Oficial das Comunidades Europeias - Directiva

94/9/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 23

de Março de 1994.

Jornal Oficial das Comunidades Europeias - Directiva

2003/10/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de

06 de Fevereiro de 2003.

Kern, D.Q.. Process Heat Transfer. McGraw-Hill. New York,

1965.

Tosun, Ismail and Aksahin, Ilhan. Predict Heating

and Cooling Times Accurately. Chemical Engineering,

Novembro 1993.


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