15-Sifoes Invertidos 2013-1.pdf

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA2412 PHA2 412 - San Saneame eamento nto IIII

Renato Carlos Zambon Renato Ronan Ron an Cleber Contr Contrera era

Sifões Invertidos

Alternativas para transposição de obstáculos? tubul ação  por gravidade, aprofundando a tubulação  por recalque, através de elevatória  por gravidade, com travessia aérea (depende do caso) gravida idade, de, com com sifão sifão inv invert ertido ido  por grav

Sifão Sif ão In Inver vertid tido o - Hid Hidráu ráuli lica ca 



Esco Es coam amen ento to em co condu nduto to fo forç rçado ado, por gravidade Cálc Cálcul ulo o da per perda de car carga di disstrib tribuí uída da Fórmula Fórmula Univers Universal: al: K = 2 mm Fórmula Fórmula de Hazen-Wi Hazen-William lliams: s: C = 100 Fórmula Fórmula de Manni Manning: ng: n = 0,015 0,015 







Cálc Cálcul ulo o da per perda de car carga lo loca calilizzad ada: a: Hs



V 2

 K s 2g 

Sifão Sif ão Invert Invertido ido - ex. Plant Planta a e Perfil Perfil

Sifão Sif ão Invert Invertido ido - ex. Plant Planta a e Perfil Perfil

Sifão Sif ão Inv Invert ertido ido - Con Constr struç ução ão

Sifão Invertido no Rio São Domingos, Catanduva-SP

Sifão Si fão In Inver vertid tido o - Lim Limpez peza a

Sifão Sif ão Inv Invert ertido ido - Per Perdas das de de Carga Carga

Dimensionamento 

 

Velocidade:  Garantir auto limpeza das tubulações, pelo menos uma vez por dia  Velocidade mínima:  V > 0,6 m/s, para vazão média  V > 0,9 m/s, para vazão máxima de um dia qualquer m /s  Velocidade máxima: 3,0 a 4,0 m/s Diâmetro mínimo: Ø 150 mm Número de tubulações:  mínimo = 2  grandes variações de vazões > 2

Perfis

Câmara de Montante controle de vazão por stop-log

Câmara de Jusante controle de vazão por stop-log

Câmara de Montante contro con trole le de vazão vazão por verte vertedor dor lat latera erall

 Ventilação do Sifão Invertido Ventilação na câmara de montante

Diâmetro da tubulação de ventilação: 1 10

1

 SI   vent.   SI 2

Ventilação por tubulação interligando as câmaras de montante e jusante

Sifão Sif ão Inver Invertid tido o - Exe Exempl mplo o de Projet Projeto o 

Materiais: ferro fundido ductil, concreto, aço, plásticos VAZÕES (l/s) ETAPAS

Imediata (Implantação) 1ª etapa (10 anos) 2ª etapa (20 anos)

máxima máxima horária horária média dia qua qualqu lquer* er*

Vazões afluentes aflu entes máxima

80

111

130

200

283

336

328

446

534

* para verificação da auto-limpeza

Co Com mpr prim imen ento to do si siffão ão:: 40 m Coletor afluente: ø 800 mm, I = 0,0036 m/m Co Cota ta da so sole leir ira a do col olet etor or af aflu luen entte: 38 384, 4,00 00 m

ex. - Dim Dimens ension ioname amento nto das Tubu Tubulaç lações ões 



Admitindo-se que o sifão invertido será constituído de 3 tubulações (1, 2 e 3) 

a tubulação 1 atenderá a etapa imediata



a tubulação 2 mais a tubulação 1 atenderão atenderão a 1ª etapa



a tubulação tubulação 3 e as demais atend atenderã erão o a 2ª etapa etapa

Determinação dos diâmetros, considerando 

para para vazã vazão o média: média: V > 0,6 m/s m/s



para vazão máxima horária horária de de um dia qualquer: qualquer: V > 0,9 m/s

ex. - Dim Dimens ension ioname amento nto das Tubu Tubulaç lações ões 

D1 para atender o início de operação do sifão (Qméd = 80 L/s): S1 

Q1 V 



0, 080 0,60

 0,1 0,133 33 m

2

 D1 

4  0,133

 

 0, 0, 412 m

adotando-se o diâmetro comercial mais próximo, D 1 = 400 mm  alternativamente, alternativamente, para vazão vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 L/s também resulta 400 mm: 

S1 

0,111 0,90

 0,123 m

2

 D1 

4  0,133

 

 0,396 m

ex. - Dim Dimens ension ioname amento nto das Tubu Tubulaç lações ões 

D2 para para atender atender a 1ª etapa, etapa, em primeira aproximação aproximação consideramos a vazão de 80 L/s passando por D 1 e a diferença até 200 L/s por D 2:

S2 

0, 200  0, 080 0,60

0,20 200 0m  0,

2

 D2 

4  0, 200

 

500 0 mm  0,505 m  50

aproximação porque a aproximação distribuição das vazões deve igualar a perda de carga, não as velocidades! 

ex. - Dim Dimens ension ioname amento nto das Tubu Tubulaç lações ões 

alternativamente, alternativamente, para vazão vazão máxima horária de um dia qualquer de 283 L/s também resulta 500 mm:

S2  

0, 283  0,111 0,90

 0,191 m

2

 D2 

4  0,191

 

 0, 493 m  500 mm

D3 para atender a 2ª etapa, em primeira aproximação consideramos a vazão média de 200 L/s passando por D 1 + D2:

S2 

0, 328  0, 200 0,60

 0, 0,213 213 m

2

 D3 

4  0, 213

 

 0, 0,521 521 m  500 mm

(também = 500 mm para vazão máxima horária de um dia qualquer)

ex. - Cur Curva va Caract Caracterí erísti stica ca e Operaçã Operação o 

Agora sim, vamos conferir as perdas de cargas localizadas e distribuídas e as vazões resultantes: 

peça

Ks

entrada

0,50

45 45o

2 curv curvas as saída

0,40 1,00

K     1,90 s

com tubulaçã tubulação o FD K7 (k = 0,002 0,002 m; L = 40 m) e para D1 = 400 mm: Q (L (L/s) V (m/s)

30 60 90 120 150 180 210

0,24 0,48 0,71 0,95 1,19 1,43 1,67

Perdas de carga (m)

Localizada Distribuída 0,01 0,01 0,02 0,04 0,05 0,08 0,09 0,14 0,14 0,22 0,20 0,32 0,27 0,44

Total 0,02 0,06 0,13 0,23 0,36 0,52 0,71

ex. - Cur Curva va Caract Caracterí erísti stica ca e Operaçã Operação o 

e com tubulação FD K7 (k = 0,002 m; L = 40 m) e D2 = D3 = 500 mm: Q (L/s) V (m/s)

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

0,15 0,31 0,46 0,61 0,76 0,92 1,07 1,22 1,37 1,52 1,68

Perdas de carga (m)

Localizada Distribuída 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,10 0,10 0,14 0,14 0,18 0,18 0,22 0,22 0,27 0,27 0,33

Total 0,02 0,02 0,05 0,09 0,13 0,18 0,24 0,32 0,40 0,49 0,60

ex. - Cur Curva va Caract Caracterí erísti stica ca e Operaçã Operação o 

Curvas características características do sifão, determinando a perda de carga para as tubulações de 400 mm e de 500 mm e respectivas velocidades: H (m) e V (m/s) (1) D1 = 400 mm (2) D2 = 500 mm (3) D3 = 500 mm

 pela distribuição distribuição das das vazões no período período de projeto projeto e considerando considerando as velocidades de auto-limpeza nas diversas tubulações do sifão, pode-se admitir uma perda de carga máxima de 0,35 m.

ex. - Cur Curva va Caract Caracterí erísti stica ca e Operaçã Operação o 

Variação das velocidades e das perdas de carga nas tubulações tub ulações do sifão, em função do intervalo das vazões: Intervalo de vazões (L/s)

Tubulação em operação

Variação de velocidades (m/s)

Variação das perdas de carga (m)

80 – 150 150 – 250

500 - 65 6 50

(1)+(2)+(3)

0,64 – 1,19 0,76 – 1,27 0,74 – 1,19 no tubo 1 0,80 – 1,27 em 2 ou 3 1,02 – 1,27 0,90 – 1,19 no tubo 1 0,99 – 1,27 em 2 e 3

0,10 – 0,35 0,13 – 0,35

400 – 500

(1) (2) ou (3) (1)+(2) ou (1)+(3) (2)+(3)

250 – 400

0,14 – 0,35 0,23 – 0,35 0,21 – 0,35

a condição crítica de operação do sifão situa-se na fase inicial, onde a velocidade para a vazão média é de 0,64 m/s. Para a vazão máxima horária de um dia qualquer de 111 L/s, no início da operação a velocidade será de 0,88 m/s. Para essa velocidade, pode-se admitir que haverá auto-limpeza nas tubulações do sifão.

ex.. - Pe ex Perí ríod odos os de Ope Opera raçã ção o 

Com a tabela anterior podemos definir os períodos de operação op eração para cada tubulação do sifão:

Tubulação do Sifão

Período de operação (anos)

(1) (2) ou (3) (1) + (2) ou (1) + (3) (2) + (3) (1) + (2) + (3)

0 – 1 1 – 5 5 – 13 13 – 18 18 - 25 25

ex. - Níveis d’água nas câmaras 

Câmaras de montante e jusante: para para determinar o NA nas n as câmaras do sifão, foram foram consideradas as vazões que ocasionam as perdas de cargas máximas (H=0,35 m): Q (L/s)

Y/D

NA montante (m)

150 250 400 500 650

0,30 0,39 0,50 0,57 0,69

384,24 384,31 384,40 384,46 384,55

H (m) NA jusante (m)

0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

383,89 383,96 384,05 384,11 384,20

ex.. - Ve ex Vent ntil ilaç ação ão 

Será projetada projetada uma tubulação para a ventilação do sifão a ser localizada na câmara de montante, pois está está se admitindo que os gases expulsos não afetarão afetarão as condições ambientais do local. Seu diâmetro será equivalente a um décimo da área das tubulações do sifão:

S  S1  S2  S3  

  0, 42

Svent  0, 052 m

4 2

 2

   0, 52 4

 0, 518 m

2

e  vent  250 mm

outra alternativa para a ventilação seria a ligação entre as câmaras...

ex. - Pl Plan anta ta e Per Perfi fill

F.A.Q. 

Qual o horário da prova? O mesmo da aula.



Cai até onde? Assuntos de todas as aulas de SES.



 A sub é aberta? Não.



 As questões são escritas escritas ou numéricas? Tem Tem dos três tipos.



Pode usar calculadora? Deve (se referir, referir, régua de cálculo).



Lápis ou caneta? Ambos e de várias cores são bem-vindos. bem-vin dos.



Ipad, Ipod, Iphone, N*book, Celular, Celular, Consulta, etc.? NÃO! 



Dúvidas sobre a matéria, quer conversar sobre o curso ou outros assuntos? Os professores estão em tempo integral na universidade, procure no departamento (podem haver aulas, reuniões, etc., vale confirmar antes). Se preferir, preferir, use o email.



Outras?