17/09/2017Universidade Federal da Paraíba Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil e Ambiental SIFÃO INVERTIDO Sistemas de Esgoto e Drenagem - 1703217 Prof. Leonardo Vieira Soares Introdução Necessidade de transpor obstáculos Estes obstáculos podem ser: rios, córregos, galerias de águas pluviais, adutoras, linhas de metrô, galerias de cabos elétricos ou de comunicação etc. Alternativas para transposição do obstáculo: • Por recalque → uso de estação elevatória de esgoto. • Por gravidade → aprofundando a tubulação mantendo escoamento livre. • Por Sifão Invertido → “aprofundar a tubulação e, após o obstáculo, elevá-la novamente até atingir uma cota apenas ligeiramente inferior à cota da tubulação logo a montante do obstáculo (escoamento forçado).” 2 1 4 2 . 202. 17/09/2017 Introdução Sifão Invertido – Planta e Corte. 3 Introdução Sifão Invertido – Planta e Corte. 203. pg. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999). pg. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999). Cálculo da perda de carga distribuída. Nível de água na câmara de entrada é superior ao da câmara de saída (diferença é a perda de carga total entre elas). 205. • Fórmula Universal: K = 2 mm • Fórmula de Hazen-Williams: C = 100 • Fórmula de Manning: n = 0. v: velocidade média na seção. m/s2.015 Cálculo da perda de carga localizada: Onde: DHL: perda de carga localizada. pg. 6 3 . 5 Hidráulica do Sifão Invertido Perda de Carga em Sifão Invertido. g: aceleração da gravidade. KS: somatório dos coeficientes de perda de carga localizada. m/s. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999). m. 17/09/2017 Hidráulica do Sifão Invertido Escoamento por gravidade em conduto forçado (seção plena Y/D =1). 400) vf ≥ 0. definir quantidade de tubulações que garanta às velocidades mínimas. v ≥ 0. C/86.0 m/s. Quando há grande variação de vazão.60 m/s (vazão média). qe .90 m/s (vazão máxima horária de um dia qualquer).400) Considerar v ≥ 0.60 m/s (para vazão média desde o ano inicial de operação). C/86. Para Tsutiya e Além Sobrinho (1999): f ≥ 150 mm Para Nuvolari et al. (2003): f ≥ 100 mm Número de Tubulações: Mínimo de 2 (duas) tubulações (isolamento de uma quando for realizado reparos e desobstruções). Segundo Prof. • Para Nuvolari et al. • Para Nuvolari et al.90 m/s (Qf = K2 .60 m/s (Qi = K2 . (2003): vi ≥ 0.5 m/s (qualquer caso). Carlos Fernandes da UFCG: Qmáx/Qmín > 5 (mínimo 3 tubulações). Velocidades máximas evitar perdas de carga excessivas: Para Tsutiya e Além Sobrinho (1999): v ≤ 3. 17/09/2017 Parâmetros para Dimensionamento Critério de Velocidade Mínima • Para Tsutiya e Além Sobrinho (1999): v ≥ 0. qe . Pf . Pi . (2003): vi ≤ 1. 7 Parâmetros para Dimensionamento Diâmetro mínimo: é recomendável que o diâmetro mínimo do sifão invertido seja igual ao diâmetro mínimo do coletor de esgoto. 8 4 . pg. pg. 9 Câmaras Visitáveis Projetado com duas câmaras visitáveis. Fonte: Tsutiya e Alem Sobrinho (1999). Importante projetar sifões com ângulos suaves. e outra de jusante ou de saída. Tipos de perfis de Sifão Invertido. 17/09/2017 Perfil do Sifão Definição em função: Perdas de carga. 207. sendo uma de montante ou de entrada. 69. Condições locais e disponibilidade de espaço. (2003). Sifão Invertido. Facilidade de limpeza. Fonte: Nuvolari et al. 10 5 . 12 6 . 11 Câmaras Visitáveis Câmara de Montante – Controle de vazão por VERTEDOR LATERAL. 17/09/2017 Câmaras Visitáveis Câmara de Montante – Controle de vazão por STOP-LOG. 13 Ventilação Ventilação. 14 7 . Fonte: Tsutiya e Além Sobrinho (1999). 17/09/2017 Câmaras Visitáveis Câmara de Jusante – Controle de vazão por STOP-LOG. 17/09/2017 Uso de Extravasores e Materiais Pode-se prever uma canalização extravasora na câmara de montante. deve-se observar as questões de manutenção da qualidade do rio em questão. Concreto Armado. Porém. com cota suficiente para o lançamento de esgotos no rio. será de acordo com os valores mostrados na figura ao lado. IMPLANTAÇÃO ETAPA 1 ETAPA 2 16 8 . Aço e PVC. Materiais: Tubos de Ferro Fundido. 15 Exemplo: Projeto de um sifão invertido Elaborar um projeto de sifão invertido a partir dos seguintes dados: As vazões afluentes ao sifão ao longo dos anos. Número de tubulações .412 m DN1 400 FoFo v = Q1/S1 = (0.4)2/4) = 0.90 m/s 3. Critério adotado para dimensionamento das tubulações (f) 1º Para vazão média: v ≥ 0.0036 m/m .64 m/s Pelo 2º critério.00 m 17 Exemplo: Projeto de um sifão invertido SOLUÇÃO: 1.08/(p.60 m/s 2º Para vazão máxima de um dia qualquer: v ≥ 0. S1 = 0.133/p)1/2 = 0.60 = 0. adotando-se v = 0. 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido a) Vazões do Projeto VAZÕES (l/s) ETAPAS Máxima horária de dia MÉDIA (Q) Máxima qualquer Implantação 80 111 130 1 (após 10 anos) 200 283 336 2 (após 20 anos) 328 446 534 b) Comprimento do Sifão: L = 40 m c) Características do coletor que aflui ao sifão .133 m2 D1 = (4.080/0.(0.S1/p)1/2 = (4x0.Cota de soleira do coletor afluente (geratriz inferior interna) = 384.90 m/s para vazão máxima horária de um dia qualquer.I = 0.Sifão será projetado para 3 tubulações: Tubulação 1 atenderá a etapa imediata Tubulações 1 + 2 atenderá a primeira etapa (após 10 anos) Tubulações 1 + 2 + 3 atenderá a segunda etapa (após 20 anos) 2.123 m2 DN1 400. 18 9 . Diâmetro da Tubulação 1 (f1) Atender a etapa imediata Q1 = 80 l/s S1 = Q1/v = 0.Diâmetro de 800 mm . Perda de carga distribuída Fórmula Universal Tubo de ferro fundido dúctil classe k7.128/(p.60 = 0.505 m DN2 500 FoFo v = Q2/S2 = (0.90 Logo: 1. Diâmetro da Tubulação 3 (f3) Atender a 2ª Etapa Qmed = 328 l/s Q3 = 328 – 200 = 128 l/s S3 = Q3/v = 0. L = 40 m. 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 4. Cálculo da curva característica e a forma de se operar o sifão 6.S2/p)1/2 = (4x0. 5.5)2/4) = 0.(0. 10 . Diâmetro da Tubulação 2 (f2) Atender a 1ª Etapa Qmed = 200 l/s Q2 = 200 – 80 = 120 l/s S2 = Q2/v = 0. K = 2 mm.128/0.90 v2/2g 6.191 m2 DN2 500. adotando-se v = 0. Q2 = 283 – 111 = 172 l/s S2 = 0. determina-se as perdas 20 de carga totais para os tubos DN 400 e DN 500 (Tabelas a seguir).2.4 Saída 1 KS 1.61 m/s Pelo 2º critério.213/p)1/2 = 0. adotando-se v = 0.120/(p.181 m2 DN2 500. 19 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 6.65 m/s Pelo 2º critério.(0.S3/p)1/2 = (4x0. Q2 = 446 – 283 = 163 l/s S3 = 0.90 m/s para vazão máxima horária de um dia qualquer.5)2/4) = 0.60 = 0.213 m2 D3 = (4.1.5 2 Curvas de 45o 0.200 m2 D2 = (4.120/0.90 m/s para vazão máxima horária de um dia qualquer.200/p)1/2 = 0. Perda de carga localizada KS v2/2g Peça Ks Entrada 0.521 m DN2 500 FoFo v = Q3/S3 = (0. 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido Perda de carga total . em função da vazão para o sifão com DN 500.90 v2/2g 21 Exemplo: Projeto de um sifão invertido Perda de carga total . 22 11 . em função da vazão para o sifão com DN 400. v=Q/A 1. 24 12 . em função do intervalo das vazões. 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido Curva característica do sifão invertido e suas condições de operação. 23 Exemplo: Projeto de um sifão invertido Variação das velocidades e das perdas de carga nas tubulações do sifão. 150/(0.3 x 0. Câmara de Montante Considera-se as vazões que ocasionam as perdas de cargas máximas (0.8 = 0. 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido Período de Operação do Sifão 25 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Q/(I)1/2 = 0.500 (DN 800) Y/D = 0. 26 13 .35 m).1.00 + 0.24 = 384. estão determinadas as cotas dos níveis de água na câmara de montante para essas vazões.30 Y = 0. Na tabela abaixo.24 m.0036)1/2 = 2.24 NA = Cota Soleira + Y = 384. Níveis de água na câmara do sifão 7. 1. Câmara de Montante 27 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Câmara de Jusante O nível de água na saída do sifão é resultante do nivel de água de montante. 28 14 . 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Níveis de água na câmara do sifão 7. Níveis de água na câmara do sifão 7.2. menos a perda de carga. 5)2/4 = 0. Seu diâmetro será equivalente a um décimo da tubulações do sifão.0519 m2 e seu diâmetro será: DV = (4Sv/p)1/2 = (4x0. a área da tubulação de ventilação será de 0.519 m2.257 DNv 250 mm. 30 15 .0519/p)1/2 = 0.126 m2 2 f 500 S2 = 2pD2/4 = 2p(0. 1 f 400 S1 = pD2/4 = p(0. Níveis de água na câmara do sifão 7. Portanto. Ventilação Será projetada uma tubulação para a ventilação do sifão a ser localizada na câmara de montante.392 m2 A área equivalente das tubulações do sifão será de 0.2.4)2/4 = 0. 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 7. Câmara de Jusante 29 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 8. São Paulo: Edgard Blücher. Coleta e transporte de esgoto sanitário. 1ª Edição – São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da universidade de São Paulo. MILTON TOMOYUKI & ALEM SOBRINHO. 1ª Edição. 548 p. 2003. 32 16 . 520 p. transporte e reúso agrícola. Esgoto sanitário. coleta. Capítulo 6 (201 a 221) de TSUTIYA. 17/09/2017 Exemplo: Projeto de um sifão invertido 31 Bibliografia Capítulo 4 (Páginas 66 a 72) de NUVOLARI. 1999. PEDRO. ARIOVALDO (Coordenador).