Studor válvula de admissão de ar

1. INTRODUÇÃO
A importância do Sistema Predial de Esgoto Sanitário na Construção Civil relacionase não apenas com as primordiais necessidades relativas à higiene e saúde, mas também com
as evolutivas noções de conforto, impostas por um dinâmico comportamento social.
Neste cenário encontra-se o projetista, cuja missão é atender aos anseios sociais, em
meio a emergentes avanços tecnológicos e à necessidade ímpar de racionalização, questões
estas singulares na competitiva estrutura econômica estabelecida.
Isto posto, é oportuno supor que o projetista necessite de informações básicas relativas
a modernas metodologias de dimensionamento, às inovações tecnológicas, assim como dos
princípios teóricos que sustentam tanto o convencional quanto o novo.
Inserido nesse contexto, este Texto Técnico, cujo tema central é o Sistema Predial de
Esgoto Sanitário (SPES), propõe-se a abordar, em nível de informações básicas, diversos
temas pertinentes ao referido sistema. Desta forma, inicialmente é apresentado o SPES no
referente a sua função, seus requisitos de desempenho e sua constituição básica. Os dois itens
seguintes, 3 e 4, apresentam noções teóricas sobre escoamento dos esgotos e os respectivos
fenômenos associados. No item 5, são classificados os SPES. Seguem os itens 6 e 7, os quais
apresentam, respectivamente, o projeto e o dimensionamento, enquanto que o item 8 completa
o texto, abordando componentes e materiais afins. Anexos acompanham o texto, ilustrando e
exemplificando tópicos diversos.
1
2. APRESENTAÇÃO DOS SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS
(SPES)
2.1 Função e Requisitos de Desempenho
O sistema predial de esgoto sanitário (SPES) é um conjunto de tubulações e
acessórios, o qual destina-se a coletar e conduzir o esgoto sanitário a uma rede pública de
coleta ou sistema particular de tratamento. Além desta função básica, o SPES deve atender
aos seguintes requisitos segundo a norma brasileira NBR 8160 “Sistemas prediais de esgotos
sanitários – Projeto e execução” (ABNT, 1999):
a) deve ser garantida a qualidade da água de consumo;
b) permitir o rápido escoamento da água utilizada e dos despejos introduzidos, evitando a
ocorrência de vazamentos e a formação de depósitos no interior das tubulações;
c) impedir que os gases provenientes do interior do SPES atinjam áreas de utilização;
d) deverá haver uma separação absoluta em relação ao sistema predial de águas pluviais.
A contaminação da água de consumo deve ser evitada, protegendo-se tanto o interior
dos sistemas de suprimento, como os ambientes receptores.
A necessidade de viabilizar o rápido e seguro escoamento do esgoto sanitário, assim
como garantir o funcionamento adequado dos fechos hídricos, deve ser considerada desde a
concepção do SPES. A velocidade do escoamento nos trechos horizontais está associada à
eficiência no transporte dos materiais sólidos, evitando que estes venham se depositar no
fundo das tubulações. Nos trechos verticais, a velocidade do escoamento influencia
significativamente nas pressões pneumáticas desenvolvidas no interior das tubulações.
Já os fechos hídricos funcionarão adequadamente se os mesmos não se romperem, uma
vez que os mesmos impedem que os gases no interior das tubulações penetrem no ambiente,
conforme já comentado. Esta condição de não rompimento será garantida se as variações das
pressões pneumáticas no interior do sistema forem limitadas, conforme o clássico trabalho de
WILY; EATON (1965). Os fenômenos que induzem as variações das pressões pneumáticas
serão discutidos posteriormente.
A separação absoluta do SPES em relação ao sistema predial de águas pluviais deve
ser garantida, assegurando a inexistência de ligação entre tais sistemas.
2
2.2 Constituição
2.2.1 Subsistemas do Sistema Predial de Esgoto Sanitário
O SPES pode ser dividido nos seguintes subsistemas:
a) Coleta e Transporte de Esgoto S é;
b) Ventilação.
O subsistema de coleta e transporte é composto pelo conjunto de aparelhos sanitários,
tubulações e acessórios destinados a captar o esgoto sanitário e conduzi-lo a um destino
adequado.
O subsistema de ventilação, por sua vez, consta de um conjunto de tubulações e/ou
dispositivos destinados a assegurar a integridade dos fechos hídricos, de modo a impedir a
passagem de gases para o ambiente utilizado, assim como conduzir tais gases à atmosfera.
Outra classificação que tem sido freqüentemente utilizada considera o sistema de
aparelhos sanitários independente do de esgoto sanitário, já que o mesmo consiste em uma
interface entre aqueles dois sistemas.
Neste documento está sendo considerada a primeira classificação citada, tendo em
vista que o escoamento no interior dos aparelhos sanitário influencia o escoamento no sistema
de esgoto sanitário.
Na Figura 1 é apresentado um esquema do sistema predial de esgoto sanitário.
3
Onde:
CGD: caixa de gordura dupla;
RS: ralo seco;
CV: coluna de ventilação;
CI: caixa de inspeção;
R: ralo seco;
Figura 1: Esquema geral do SPES.
Fonte: Macintyre, 1996.
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2.2.2 Componentes
2.2.2.1 Subsistema de Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário
a) Aparelhos Sanitários
Com a função básica de coletar os dejetos, os aparelhos sanitários devem propiciar
uma utilização confortável e higiênica por parte do usuário. Entre os aparelhos sanitários
usuais encontram-se a bacia sanitária, o lavatório, a banheira, o bidê, etc.
b) Desconectores
Um desconector tem por função, através de um fecho hídrico próprio, vedar a
passagem de gases oriundos das tubulações de esgoto para o ambiente utilizado. Tal
contenção ocorre através da manutenção do referido fecho hídrico por meio do controle das
ações atuantes sobre o mesmo. Entre estas ações, vale citar a auto-sifonagem, a sifonagem
induzida, a sobrepressão e a evaporação. Exemplos de desconectores são a caixa sifonada, o
ralo sifonado e os sifões. Observar Figuras 2 e 3.
Figura 2: Bloqueio de gases no desconector.
Fonte: Gonçalves et al., 2000.
Nota: h = altura do fecho hídrico
Figura 3: Tipologias dos desconectores.
Fonte: Gonçalves et al., 2000.
5
As caixas sifonadas recebem o esgoto de vários ramais de descarga, encaminhando-os
para o tubo de queda, através de um ramal de esgoto (estas definições são apresentadas a
seguir)
Anteriormente, dispunha-se apenas de caixas sifonadas onde as entradas (3 para a
caixa 100x100x50 e 7 para a caixa 150x150x50) estavam dispostas seguindo um determinado
ângulo (45° ou 90°), conforme lista a Figura 4. Atualmente, existe no mercado uma caixa
sifonada que permite ângulos diferenciados entre as entradas e a saída da mesma, o que evita
uma patologia bastante comum nos SPES no Brasil, o aquecimento das tubulações para a
obtenção de desvios. Na Figura 5 é ilustrada a referida caixa sifonada.
Figura 4: Caixas Sifonadas com ângulo de 45° ou 90°.
Figura 5: Caixas Sifonadas com ângulos diferenciados.
6
c) Tubulações
As tubulações do sistema predial de esgoto sanitário compreendem os ramais de
descarga e de esgoto, tubos de queda, subcoletores e coletores. Suas respectivas definições são
as seguintes:
Ramal
de Tubulação que recebe diretamente os efluentes dos aparelhos
Descarga:
sanitários;
- Ramal de Esgoto: Tubulação, usualmente horizontal, que recebe os efluentes dos ramais
de descarga, diretamente, ou através de um desconector (caixa
sifonada, por exemplo);.
- Tubo de Queda:
Tubulação vertical para a qual se dirigem os efluentes dos ramais de
esgoto e de descarga;
Tubulação horizontal que recebe efluentes dos tubos de queda e/ou
- Subcoletor:
dos ramais de esgoto; e
É a tubulação horizontal que se inicia a partir da última inserção do
- Coletor:
subcoletor (ou ramal de descarga ou ramal de esgoto) e estende-se até
o coletor público ou sistema particular de tratamento e disposição de
esgoto.
d) Conexões
Elementos cuja função é interligar tubos, tubos e aparelhos sanitários, tubos e
equipamentos, além de viabilizar mudanças de direção e diâmetro da tubulação. São exemplos
o Tê, o cotovelo, a junção simples, curvas, etc., nos mais variados diâmetros, conforme ilustra
a Figura 6.
Figura 6: Conexões do sistema predial de esgoto sanitário.
7
Os desvios na horizontal das tubulações do sistema de esgoto sanitário devem ser
efetuados com peças com ângulo central igual ou inferior a 45°. Em função disso, as conexões
disponíveis no mercado possibilitavam desvios a 45° ou a 90° (vertical ou horizontal).
Atualmente, dispõe-se de algumas conexões que permitem desvios em ângulos variáveis,
sempre inferiores a 45°, tal como a representada na Figura 7. Este tipo de conexão evita o
aquecimento de tubos para a obtenção de desvios.
Figura 7: Curvar.
e) Caixas de Gordura
Trata-se de um dispositivo complementar, cuja finalidade é a retenção de substâncias
gordurosas contidas no esgoto. Na Figura 8 é apresentado um esquema de uma caixa de
gordura pré-fabricada, em material plástico e na Figura 9 ilustra-se uma caixa de gordura em
argamassa.
Figura 8: Caixa de gordura pré-fabricada em material plástico.
8
Figura 9: Caixa de gordura em argamassa.
f) Dispositivos de Inspeção
São elementos complementares, através dos quais tem-se acesso ao interior do sistema,
de maneira a possibilitar inspeções e desobstruções eventuais. A caixa de inspeção e as
conexões com uma das derivações com um plug ou com um cap são dispositivos de inspeção
bastante usados. A Figura 10 ilustra uma junção simples com um plug.
Figura 10: Junção simples com plug.
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A Figura 11 mostra uma caixa de inspeção em argamassa e a Figura 12 mostra uma
caixa de inspeção pré-fabricada, em material plástico.
Figura 11: Caixa de inspeção em argamassa.
Figura 12: Caixa de inspeção pré-fabricada em material plástico
2.2.2.2 Subsistema de Ventilação
O subsistema de ventilação pode ser composto apenas de ventilação primária ou pelo
conjunto de ventilação primária e secundária. A ventilação primária constitui-se no
prolongamento do tubo de queda além da cobertura do prédio, denominado tubo ventilador
primário, enquanto que a ventilação secundária consiste de ramais e colunas de ventilação ou
de apenas colunas de ventilação. Não obstante, a ventilação secundária pode ser configurada
também pela utilização de dispositivos de admissão de ar, os quais podem substituir ramais e
colunas de ventilação, conforme FERNANDES (1993). A eficiência deste subsistema será
satisfatória na medida em que os fechos hídricos sejam preservados. As definições destes
componentes são as seguintes (ver Figura 13):
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- Tubo Ventilador Primário:
- Ramal de Ventilação:
- Coluna de Ventilação:
- Barrilete de Ventilação:
- Dispositivos de Admissão de Ar:
É o prolongamento do tubo de queda além da
cobertura do prédio, cuja extremidade deve ser aberta
à atmosfera;
Tubulação que conecta o desconector, ramal de
descarga ou ramal de esgoto à coluna de ventilação;
Tubulação vertical que abrange um ou mais andares,
com a extremidade superior aberta ou conectada a um
barrilete de ventilação;
Consta de uma tubulação horizontal aberta à
atmosfera, na qual são conectadas as colunas de
ventilação, quando necessário;
Elementos cuja finalidade é a atenuação das
flutuações das pressões pneumáticas desenvolvidas no
interior das tubulações.
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Figura 13: Componentes do subsistema de ventilação.
3. TIPOS DE ESCOAMENTOS NO SPES
Os tipos de escoamentos que se estabelecem em um sistema predial de esgoto sanitário
variam por trechos da configuração. Com relação ao subsistema de coleta e transporte do
esgoto sanitário, nos trechos horizontais (ramais de descarga e de esgoto, subcoletores e
coletores) admite-se que o escoamento seja em canal (ver Figura 14). Nos trechos verticais
(tubo de queda), o escoamento é anular, isto é, uma lâmina de água escoa pelas paredes do
tubo em forma de anel e, no interior deste, há escoamento de ar (ver Figura 15). Quanto ao
subsistema de ventilação, admite-se que o escoamento de ar desenvolva-se sob regime
permanente e forçado.
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Figura 14: Trechos horizontais.
Figura 15: Trechos verticais.
4. FENÔMENOS
SANITARIO
OCORRENTES
NO
SISTEMA
PREDIAL
DE
ESGOTO
4.1 Estabelecimento da Velocidade Terminal
Conforme já comentado no item anterior, o escoamento de esgoto no tubo de queda é
considerado anular, isto é, o esgoto escoa no formato de um cilindro oco, aderido à parede do
tubo. A velocidade de escoamento deste cilindro é crescente até atingir um valor máximo e
constante, a qual é denominada velocidade terminal.
A distância ao longo do eixo do tubo de queda, entre o ramal mais a jusante que está
contribuindo (de cima para baixo) e o ponto onde o escoamento atinge a velocidade terminal é
denominado comprimento terminal. Este comprimento é relativamente curto, situando-se
normalmente entre 3,0 e 4,0 m.
A determinação da velocidade e comprimento terminais é importante para a estimativa
das vazões de ar no núcleo do tubo de queda, conforme será abordado posteriormente. A
Figura 16 apresenta o perfil de distribuição de velocidades na seção transversal.
13
Figura 16: Perfil de distribuição de velocidades.
4.2 Ações sobre os Fechos Hídricos
4.2.1 Ações Decorrentes do Escoamento
O escoamento do esgoto nas tubulações horizontais deve ser a conduto livre e nos
trechos verticais deve ser anular, uma vez que deve ser evitado o desenvolvimento de cargas
hidrostáticas no interior das tubulações, conforme WILY; EATON (1965). Estas restrições
também podem evitar distúrbios excessivos das pressões pneumáticas no interior do sistema,
que podem ter origem nos fenômenos de auto-sifonagem, sifonagem induzida e sobrepressão,
de acordo com a AMERICAN SOCIETY OF PLUMBING ENGINEERS (ASPE, 1991).
A auto-sifonagem atua sobre um fecho hídrico quando através deste ocorre uma
descarga. Nesta situação, desenvolve-se uma depressão a jusante do fecho hídrico, o qual
poderá ser rompido, dependendo da magnitude desta depressão. A figura 17 ilustra o
desenvolvimento deste fenômeno.
a) cuba cheia de água
b) inicio do escoamento
14
c) estabelecimento da pressão negativa do
escoamento
d) o fecho hídrico é aspirado e o ar passa a
borbulhar
através
do
sifão.
O
borbulhamento arrasta a água do fecho
hídrico
e) restabelecimento do fecho hídrico, com
o equilíbrio de pressões, o fecho hídrico
oscila;
f) estabelecimento
residual.
do
fecho
hídrico
Figura 17: Desenvolvimento da auto – sifonagem
A sifonagem induzida, igualmente, impõe depressões a jusante de um determinado
fecho hídrico, com a diferença que o escoamento não se desenvolve através deste fecho
hídrico, mas sim ao longo de outras tubulações conectadas a ele, conforme se observa na
Figura 18. Por outro lado, quando a jusante do fecho hídrico forem desenvolvidas pressões
positivas, ocorre a sobrepressão. Este fenômeno pode fazer com que os gases borbulhem
através do fecho hídrico e atinjam o ambiente. A Figura 19 apresenta tais fenômenos, onde
percebe-se que a sobrepressão surge em regiões próximas ao encontro do tubo de queda com
o subcoletor, devido à mudança de direção do escoamento.
Em ASPE (1991) é salientado também o problema gerado pela formação de espumas,
devido ao uso de detergentes. A espuma dificulta a ventilação do sistema e tende a propagarse através das tubulações nos primeiros andares, podendo atingir os fechos hídricos e,
conseqüentemente, penetrar nos ambientes.
15
Figura 18: Sifonagem induzida.
Fonte: Graça, 1985.
Figura 19: Sifonagem induzida e sobrepressão.
Fonte: Graça, 1985.
16
4.2.2 Ações Independentes do Escoamento
A evaporação, a tiragem térmica e a ação do vento no topo do tubo de queda são
fenômenos que podem atuar nos fechos hídricos independentemente do sistema estar em
uso.
A tiragem térmica é função da diferença entre as temperaturas do ar no interior
das tubulações (temperatura interna) e no meio ambiente (temperatura externa). Se a
temperatura interna for superior à externa, se desenvolverão depressões pneumáticas no
interior do tubo de queda, uma vez que neste caso o ar tende a sair do tubo de queda
para atingir o meio ambiente. Sendo a temperatura interna inferior à externa, inverte-se
o sentido do fluxo do ar e sobrepressões se estabelecerão no interior do tubo de queda.
(Figura 20).
Nota:
htq= altura do tubo de queda.
ρi = densidade do ar interno.
ρe = densidade do ar externo.
Figura 20: Tiragem térmica no tubo de queda.
Fonte: Graça, 1985.
A ação do vento no topo do tubo de queda pode gerar depressões ou
sobrepressões no interior do sistema, o que depende da posição da ponta do tubo de
queda em relação à cobertura da edificação. A Figura 21 ilustra o fenômeno.
17
Nota: Vê = velocidade do vento.
Figura 21: Efeito do vento em terminais do tubo de queda.
Fonte: Graça, 1985.
As perdas de fecho hídrico por evaporação dependem do tempo de exposição do
mesmo ao ambiente (maior tempo de exposição causa maior perda), temperatura e
umidade relativa do ar ambiental e do coeficiente de evaporação do sifão. Em locais
onde associam-se altas temperaturas e baixos valores de umidade relativa do ar, maiores
são as perdas por evaporação. Outro fenômeno ainda a ser citado é o congelamento do
fecho hídrico que pode ocorrer em regiões de baixa temperatura, inviabilizando assim o
escoamento, não sendo comum no Brasil.
18
5. CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS
5.1 Critério de Classificação
O critério básico de classificação do Sistema Predial de Esgoto Sanitário
refere-se ao tipo de ventilação existente no mesmo. Assim, tem-se as seguintes tipologias
básicas:
a) SPES com ventilação primária e secundária;
b) SPES apenas com ventilação primária.
Todavia, existem tipologias alternativas, dentre as quais salientam-se:
a) SPES com dispositivos de admissão de ar;
b) Sistema Sovent;
c) Sistema Gustavsberg.
5.2 Tipologias Básicas
5.2.1 SPES com ventilação primária e secundária
a) Ventilação através do tubo ventilador primário, coluna e ramais de ventilação.
Esta tipologia encontra-se ilustrada na Figura 22. A linha contínua representa o
subsistema de coleta e transporte de esgotos sanitários (aparelhos sanitários, ramais de
descarga e de esgoto, tubo de queda, subcoletores e coletores). Já a linha pontilhada representa
o subsistema de ventilação. O subsistema de ventilação desta tipologia divide-se em primário
e secundário. A ventilação primária é basicamente a extensão do tubo de queda além do
ramal conectado mais elevado; esta extensão é denominada tubo ventilador primário e sua
extremidade fica em contato com a atmosfera. Já a ventilação secundária é composta de
colunas e ramais de ventilação.
b) Ventilação através do tubo ventilador primário e coluna de ventilação.
Esta tipologia, conforme Figura 23, diferencia-se da tipologia anterior apenas pelo fato
de não apresentar ramais de ventilação, isto é, a ventilação secundária consta somente de uma
colunas conectadas ao tubo de queda.
5.2.2 SPES apenas com ventilação primária
Nesta tipologia, há apenas previsão da ventilação primária, através do prolongamento
do tubo de queda, conforme anteriormente comentado (Figura 24).
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Figura 22: SPES com ventilação através do tubo primário, coluna e ramais de ventilação.
Figura 23: SPES com ventilação através do tubo ventilador primário e coluna de ventilação.
20
Figura 24: SPES apenas com ventilação primária.
5.3 Tipologias Alternativas
5.3.1 SPES com Dispositivos de Admissão de Ar
Conforme FERNANDES (1993), os dispositivos de admissão de ar são utilizados no
intuito de substituir os ramais e colunas de ventilação, equilibrando as pressões pneumáticas
que normalmente se estabelecem no interior do sistema quando sob solicitação.
Quanto à concepção, há dois tipos básicos de dispositivos de admissão de ar:
•
válvulas de admissão de ar
•
sifões auto-ventilados
a)Válvulas de Admissão de Ar
As válvulas de admissão de ar, em função de suas dimensões e pontos de instalação,
dividem-se em dois tipos:
- válvulas de topo de tubo de queda;
- válvulas para ramais.
21
As válvulas de topo de tubo de queda possuem dimensões maiores em relação às para
ramais e são instaladas de forma a evitar a perfuração dos telhados para a passagem de
ventilação. a Figura 25 ilustra uma válvula para topo de tubo de queda.
Figura 25: Válvulas de topo de tubo de queda.
Fonte: Fernandes, 1993.
As válvulas para ramais podem ser instaladas no topo do tubo de queda, porém, para a
instalação no tubo de queda há limitações a serem observadas quanto a somatória das
Unidades de Contribuição de Hunter (UHCs) e do diâmetro do tubo de queda. A Figura 26
apresenta a estrutura da válvula para ramais. A Figura 27 apresenta os posicionamentos
possíveis das válvulas.
Figura 26: Componentes da válvula para ramais.
Fonte: Fernandes, 1993.
22
Figura 27: Posicionamento das válvulas.
Fonte: Catálogo da Studor.
Ambos os tipos de válvulas apresentam o mesmo mecanismo de funcionamento,
conforme pode ser observado na Figura 28. Quando ocorrem depressões pneumáticas no
interior da tubulação, o diafragma abre-se, possibilitando, assim, o acesso de ar para o interior
da mesma equilibrando, consequentemente, a pressão pneumática. Atingido tal equilíbrio, o
diafragma fecha-se e obstrui a saída dos gases.
Figura 28: Princípio de funcionamento das válvulas de admissão de ar.
Fonte: Fernandes, 1993.
23
b) Sifões Auto-Ventilados
Consta de um sifão ao qual é acoplado um mecanismo que viabiliza sua autoventilação quando surgem depressões pneumáticas no interior dos respectivos ramais,
conforme FERNANDES (1993).
5.3.2 Sistema SOVENT
Este sistema, segundo ASPE (1991), é composto, basicamente, pelos seguintes
componentes (ver Figura 29):
-
um ramal de descarga por andar;
tubo de queda único;
uma conexão aeradora por andar;
uma conexão deaeradora nas mudanças de direção.
Figura 29: Componentes do sistema SOVENT.
Fonte: Fernandes, 1993.
Tanto a conexão aeradora, assim como a deaeradora possuem a função de equilibrar as
pressões pneumáticas no interior da tubulação. A conexão aeradora equilibra as pressões
negativas, enquanto os deaeradores aliviam as sobrepressões. Estas conexões encontram-se
esquematizadas na Figura 30.
24
Figura 30: Conexões do sistema “Sovent”.
Fonte: Fernandes, 1993.
5.3.3 Sistema Gustavsberg
O objetivo deste sistema é atender os requisitos básicos de um SPES, viabilizando
concomitantemente economia no consumo de água e redução das quantidades e diâmetros das
tubulações. Os componentes deste sistema são os seguintes:
-
Bacia sanitária com caixa acoplada de volume reduzido de descarga;
-
Diafragma instalado entre a bacia sanitária e o ramal de descarga, cuja função é
aumentar a capacidade de sifonagem da bacia;
-
Tubulações em PVC, cujos diâmetros são reduzidos em conformidade aos volumes
reduzidos de descarga;
-
Reservatório com sifão, no qual um certo volume de esgoto será acumulado,
viabilizando posterior carregamento dos dejetos, de maneira a garantir a autolimpeza das tubulações.
A Figura 31 ilustra o detalhe da bacia sanitária com caixa acoplada, reservatório com
sifão e diafragma. O nível a indica o limite de reservação de águas residuais oriunda de
diversos aparelhos sanitários. A Figura 32 demonstra o funcionamento do referido sistema.
25
Figura 31: Componentes do sistema Gustavsberg.
Fonte: Graça, 1985.
Atingido o nível a, na seguinte descarga o sifão b é preenchido de esgoto, a ponto de gerar uma autosifonagem no reservatório.
26
A ação de auto-sifonagem esvazia o reservatório; na seqüência, mais ar é succionado, ventilando
desta forma o sistema.
Figura 32: Funcionamento do sistema Gustavsberg.
Fonte: Graça, 1985.
6. PROJETO DO SISTEMA PREDIAL DE ESGOTO SANITÁRIO
Neste capítulo é apresentada, inicialmente, a estrutura básica de um projeto do sistema
predial de esgoto sanitário. Posteriormente, encontram-se algumas recomendações técnicas
relacionadas ao desenvolvimento do projeto propriamente dito.
6.1 Estrutura Básica
As etapas do projeto do SPES são as seguintes:
1º) concepção;
2º) dimensionamento;
3º) elaboração do projeto de produção;
4º) quantificação e orçamentação;
5º) elaboração do projeto “como construído” (as built).
Inicialmente, concebe-se o SPES estabelecendo-se uma configuração que deverá ter
um desempenho adequado diante das diversas solicitações previstas. Devem ser consideradas,
igualmente nesta fase fatores como a integração deste sistema com os demais sistemas da
edificação, a normalização vigente, materiais e componentes disponíveis no mercado, etc.
27
Concebido o SPES e definida uma configuração, procede-se o dimensionamento do
mesmo, onde as dimensões obtidas deverão atender às solicitações previstas. Concluído o
dimensionamento do sistema, elabora-se o projeto para a produção, o qual consta de
simbologia utilizada, representações gráficas e um conjunto de documentos. A representação
gráfica deve conter, basicamente, o seguinte:
-
planta baixa da cobertura, do pavimento tipo, do térreo e do subsolo, apresentando
os tubos de queda, ramais, desvios, colunas de ventilação e dispositivos diversos;
-
planta baixa do pavimento inferior, apresentando os subcoletores, coletores,
dispositivos de inspeção, pontos de emissão dos esgotos sanitários, entre outros
detalhes específicos;
-
esquema vertical (fluxograma) sem escala, no qual serão apresentados os principais
componentes do sistema;
-
plantas dos ambientes sanitários apresentando o traçado e diâmetros das
tubulações, normalmente em escala 1:20;
-
detalhes específicos.
No Anexo B são apresentadas a simbologia e algumas representações gráficas
usualmente empregadas no projeto dos SPES.
A documentação básica, por sua vez, é a seguinte:
a) memorial descritivo;
b) memória de cálculo;
c) especificações técnicas;
d) quantificação; e,
e) orçamentação.
Conforme BAZZO e PEREIRA (1993), o memorial descritivo deve apresentar,
basicamente, as características da solução proposta. As justificativas dos métodos e técnicas
para atingir tal solução também devem ser apresentadas. A memória de cálculo consta da
apresentação de todo o dimensionamento e as referências normativas. As especificações
técnicas devem conter, basicamente, a especificação comercial dos materiais e os detalhes
construtivos, entre outras informações julgadas importantes.
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Na seqüência realiza-se a quantificação e a orçamentação dos componentes do sistema.
O projeto “as built”, por fim, registrará aqueles detalhes executivos que não seguiram o
projeto de produção visando-se, assim, ter o registro fiel do sistema instalado.
6.2 Recomendações Gerais
As seguintes recomendações são de caráter geral e estão em conformidade com a
NBR-8160 (ABNT,1999). Recomendações mais específicas devem ser observadas na norma
citada.
a) Todos os aparelhos sanitários devem ser protegidos por desconectores, os quais podem
atender apenas um aparelho ou a um conjunto de aparelhos de um mesmo ambiente.
b) As caixas sifonadas podem ser utilizadas para a coleta dos despejos de conjuntos de
aparelhos sanitários (lavatórios, bidês, chuveiros) de um mesmo ambiente, além de águas
provenientes de lavagens de pisos; neste caso as caixas sifonadas devem ser providas de
grelhas. Quanto às bacias sanitárias, as mesmas já são providas internamente de um
desconector, devendo, assim, ser ligadas diretamente ao tubo de queda (Figura 33).
29
Figura 33: Bacia sanitária ligada diretamente ao tubo de queda
Fonte: Belinazo, 1993.
c) Devem ser previstos dispositivos de inspeção nos ramais de descarga de pias de cozinha e
máquina de lavar louças (ver Figura 34).
30
Figura 34: Dispositivos de inspeção nos ramais de descarga das pias de cozinha
e Máquina de Lavar Roupas.
d) Os tubos de queda devem, sempre que possível, ser instalados em um único alinhamento.
Quando necessários, os desvios devem ser feitos com peças com ângulo central igual ou
inferior a 90º, de preferência com curvas de raio longo ou duas curvas de 45º.
e) Para edifícios de dois ou mais andares, quando os tubos de queda recebem efluentes
contendo detergentes geradores de espuma, pelo menos uma das seguintes soluções, a fim de
evitar o retorno de espuma para os ambientes sanitários, deve ser adotada:
-
não conectar as tubulações de esgoto e de ventilação nas regiões de ocorrência de
sobrepressão;
-
atenuar a sobrepressão através de desvios do tubo de queda para a horizontal,
utilizando uma curva de 90º de raio longo ou duas curvas de 45º;
- instalar de dispositivos que evitem o retorno de espuma.
São consideradas regiões de sobrepressão (ver Figura 35):
-
o trecho, de comprimento igual a 40 diâmetros, imediatamente a montante de
desvio para horizontal, o trecho de comprimento igual a 10 diâmetros
imediatamente a jusante do mesmo desvio e o trecho horizontal de comprimento
igual a 40 diâmetros imediatamente a montante do próximo desvio;
-
o trecho, de comprimento igual a 40 diâmetros, imediatamente a montante da base
do tubo de queda e o trecho do coletor ou subcoletor imediatamente a jusante da
mesma base;
-
os trechos a montante e a jusante o primeiro desvio na horizontal do coletor ou
subcoletor, com comprimento igual a 40 diâmetros e a 10 diâmetros,
respectivamente;
31
-
o trecho da coluna de ventilação, para o caso de sistemas com ventilação
secundária, com comprimento igual a 40 diâmetros, a partir da ligação da base da
coluna com o tubo de queda ou ramal de esgoto.
Figura 35: Regiões de sobrepressão.
f) Para pias de cozinha e máquinas de lavar louças, devem ser previstos tubos de queda
especiais com ventilação primária; estes tubos devem descarregar em uma caixa de gordura
coletiva.
g) Recomenda-se o uso de caixas de gordura para efluentes que contenham resíduos
gordurosos.
h) As pias de cozinha e/ou máquinas de lavar louças instaladas superpostas em vários
pavimentos devem descarregar em tubos de queda exclusivos, os quais conduzem os esgotos
para caixas de gordura coletivas; sendo vetado o uso de caixas de gordura individuais nos
andares.
i) O interior das tubulações deve ser sempre acessível através de dispositivos de inspeção.
j) Desvios em tubulações enterradas devem ser feitos empregando-se caixas de inspeção.
l) A extremidade aberta de um tubo ventilador primário ou coluna de ventilação:
32
-
deve elevar-se verticalmente pelo menos 0,30 m acima da cobertura; todavia,
quando esta atender outros fins além de simples cobertura, a elevação vertical
deve ser, no mínimo, de 2,00 m (ver Figura 36); não sendo conveniente o referido
prolongamento, pode ser usado um barrilete de ventilação.
-
deve conter um terminal tipo chaminé, tê ou outro dispositivo que impeça a
entrada das águas pluviais diretamente ao tubo de ventilação.
Figura 36: Prolongamento do tubo de queda e/ou coluna de ventilação.
m) O projeto do subsistema de ventilação deve ser feito de modo a impedir o acesso de esgoto
sanitário ao interior do mesmo.
n) O tubo ventilador primário e a coluna de ventilação devem ser verticais e, sempre que
possível, instalados em uma única prumada.
o) Todo o desconector deve ser ventilado. A distância máxima de um desconector até o ponto
onde o tubo ventilador que o serve está conectado consta na Tabela 1.
Tabela 1: Distância máxima de um
desconector ao tubo ventilador.
33
Diâmetro nominal
do ramal de
descarga DN
40
50
75
100
Distância
máxima
(m)
1,00
1,20
1,80
2,40
p) Toda coluna de ventilação deve ter:
-
diâmetro uniforme;
-
a extremidade inferior ligada a um subcoletor ou a um tubo de queda, em ponto
situado abaixo da ligação do primeiro ramal de esgoto ou de descarga, ou neste
ramal de esgoto ou de descarga;
-
a extremidade superior situada acima da cobertura do edifício, ou ligada a um tubo
ventilador primário a 0,15 m, ou mais, acima do nível de transbordamento da água
do mais elevado aparelho sanitário por ele servido.1
q) Quando não for conveniente o prolongamento de cada tubo ventilador até acima da
cobertura, pode ser usado um barrilete de ventilação.
r) As ligações da coluna de ventilação aos demais componentes do sistema de ventilação ou
do sistema de esgotos sanitários devem ser feitas com conexões apropriadas:
-
quando feita em uma tubulação vertical, a ligação deve ser executada por meio de
junção a 45°;
-
quando feita em uma tubulação horizontal, deve ser executada acima do eixo da
tubulação, elevando-se o tubo ventilador de uma distância de até 0,15 m, ou mais,
acima do nível de transbordamento da água do mais alto dos aparelhos sanitários
por ele ventilados, antes de ligar-se a outro tubo ventilador, respeitando-se o que se
segue:
• a ligação ao tubo horizontal deve ser feita por meio de tê 90° ou junção 45°,
com a derivação instalada em ângulo, de preferência, entre 45° e 90° em relação
ao tubo de esgoto, conforme a Figura 37;
1
Entende-se por nível de transbordamento da água do mais alto dos aparelhos sanitários aquele referente aos
aparelhos sanitários com seus desconectores ligados a tubulação de esgoto primário (bacias sanitárias, pias de
cozinha, tanques de lavar, etc) excluindo-se aparelhos sanitários que despejem em ralos sifonados de piso. Não
devem ser considerados como pontos mais altos de transbordamento as grelhas dos ralos sifonados de piso,
quando o ramal a ser ventilado serve também para outros aparelhos não ligados diretamente aos mesmos.
34
• quando não houver espaço vertical para a solução apresentada no item acima,
podem ser adotados ângulos menores, com o tubo ventilador ligado somente por
junção 45° ao respectivo ramal de esgoto e com seu trecho inicial instalado em
aclive mínimo de 2%;
• a distância entre o ponto de inserção do ramal de ventilação ao tubo de esgoto e
o cotovelo de mudança do trecho horizontal para a vertical deve ser a mais curta
possível.
s) Quando não for possível ventilar o ramal de descarga da bacia sanitária ligada diretamente
ao tubo de queda, o tubo de queda pode ser ventilado imediatamente abaixo da ligação do
ramal da bacia sanitária (ver Figura 38).
t) É dispensada a ventilação do ramal de descarga de uma bacia sanitária ligada através de
ramal exclusivo a um tubo de queda a uma distância máxima de 2,40m, desde que esse
tubo de queda receba, do mesmo pavimento, imediatamente abaixo, outros ramais de esgoto
ou de descarga devidamente ventilados, conforme Figura 39.
u) Bacias sanitárias instaladas em bateria devem ser ventiladas por um tubo ventilador de
circuito ligando a coluna de ventilação ao ramal de esgoto na região entre a última e a
penúltima bacia sanitária, conforme a Figura 40. Deve ser previsto um tubo ventilador
suplementar a cada grupo de, no máximo, oito bacias sanitárias, contadas a partir da mais
próxima ao tubo de queda.
35
Figura 37: Ligação de ramal de ventilação.
Figura 38: Ligação de ramal de ventilação. Impossibilidade de ventilação do ramal de
descarga da bacia sanitária.
36
Figura 39: Dispensa de ventilação de ramal de descarga de bacia sanitária.
Figura 40: Ventilação em circuito.
37
7. DIMENSIONAMENTO
As tubulações do SPES podem ser dimensionadas pelo Método das Unidades de
Hunter de Contribuição (UHC) ou pelo Método Racional devendo, em qualquer um dos casos,
ser respeitados os diâmetros mínimos dos ramais de descarga apresentados na Tabela 2,
apresentada na seqüência.
7.1 Método das Unidades de Hunter de Contribuição (UHC)
Este método baseia-se na atribuição de Unidades de Hunter de Contribuição (UHC)
para cada aparelho sanitário integrante do SPES em questão. Tais unidades constam na NBR
8160/1999, e encontram-se reproduzidos na Tabela 2. Definidas as UHC dos aparelhos
sanitários integrantes do sistema, inicia-se o dimensionamento dos demais componentes,
conforme será apresentado a seguir. No anexo C encontra-se um exemplo de
dimensionamento.
7.1.1 Subsistema de Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário
a) Tubulações
- Ramais de Descarga:
Para os ramais de descarga devem ser adotados, no mínimo, os diâmetros apresentados
na Tabela 2. Para aparelhos não relacionados nesta tabela, devem ser estimadas as UHC
correspondentes e o dimensionamento deve ser feito pela Tabela 3.
- Ramais de esgoto:
Neste caso, deve ser utilizada a Tabela 4. Recomenda-se ainda, com relação às
declividades mínimas:
- 2% para tubulações com diâmetro nominal (DN) igual ou inferior a 75, e
- 1% para tubulações com diâmetro nominal (DN) igual ou superior a 100.
- Tubos de Queda
Os tubos de queda devem ser dimensionados pela somatória das UHC conforme a
Tabela 5.
Todavia, quando apresentarem desvios da vertical, os tubos de queda devem ser
dimensionados da seguinte forma:
I) quando o desvio formar ângulo inferior a 45º com a vertical, o tubo de queda é
dimensionado pela Tabela 5;
II) quando o desvio formar ângulo superior a 45º com a vertical, deve-se dimensionar:
38
•
a parte do tubo de queda acima do desvio como um tubo de queda independente,
com base no número de unidades Hunter de contribuição dos aparelhos acima do
desvio, de acordo com a Tabela 5; e a parte horizontal do desvio de acordo com a
Tabela 6, uma vez que, neste caso, o trecho é tratado como subcoletor;
•
a parte do tubo de queda abaixo do desvio com base no número de unidades Hunter
de contribuição de todos os parelhos que descarregam neste tubo de queda, de
acordo com a Tabela 5, não podendo o diâmetro adotado, neste caso, ser menor do
que o da parte horizontal. Ver a figura 33, a qual ilustra a geometria dos desvios e
opções de ventilação.
Figura 33: Desvios do tubo de queda.
Fonte: ABNT, 1999.
- Coletor Predial e Subcoletores
O coletor predial e os subcoletores podem ser dimensionados pela somatória das UHC
conforme a Tabela 6. O coletor predial deve ter, no mínimo, um DN igual a 100.
39
No dimensionamento do coletor predial e dos subcoletores em prédios residenciais,
deve ser considerado apenas o aparelho de maior descarga de cada banheiro para a somatória
do número de unidades Hunter de contribuição. Nos demais casos, devem ser considerados
todos os aparelhos contribuintes para o cálculo do número de UHC.
Tabela 2: Unidades de Hunter de Contribuição dos aparelhos sanitários e diâmetro
nominal mínimo dos ramais de descarga.
Aparelho sanitário
bacia sanitária
banheira de residência
bebedouro
bidê
chuveiro
lavatório
mictório
de residência
coletivo
de residência
de uso geral
válvula de descarga
caixa de descarga
descarga automática
de calha
pia de cozinha residencial
pia de cozinha industrial preparação
lavagem de panelas
tanque de lavar roupas
máquina de lavar louças
máquina de lavar roupas
Número de
Unidades de
Hunter de
Contribuição
Diâmetro nominal
mínimo do ramal de
descarga
DN
6
2
0,5
1
2
4
1
2
6
5
2
2 (2)
3
3
4
3
2
3
100(1)
40
40
40
40
40
40
40
75
50
40
50
40
40
50
40
50(3)
50 (3)
(1) O diâmetro nominal DN mínimo para o ramal de descarga de bacia sanitária pode ser reduzido para DN75, caso
justificado pelo cálculo de dimensionamento efetuado pelo método hidráulico apresentado no anexo B e somente
depois da revisão da norma NBR 6452:1985 (aparelhos sanitários de material cerâmico) pela qual os fabricantes
devem confeccionar variantes das bacias sanitárias com saída própria para ponto de esgoto de DN75, sem
necessidade de peça especial de adaptação.
(2) Por metro de calha – considerar como ramal de esgoto (ver Tabela 5)
(3)
Devem ser consideradas as recomendações dos fabricantes.
Fonte: ABNT, 1999.
40
Tabela 3: Unidades de Hunter de contribuição para
aparelhos não relacionados na Tabela 2.
Diâmetro nominal mínimo
do ramal de descarga
(DN)
Número de unidades de
Hunter de contribuição
(UHC)
40
50
75
100
2
3
5
6
Fonte: ABNT, 1999.
Tabela 4: Dimensionamento de ramais de esgoto.
Diâmetro nominal do tubo
(DN)
Número máximo de
Unidades de Hunter de
Contribuição
(UHC)
40
50
75
100
3
6
20
160
Fonte: ABNT, 1999.
Tabela 5: Dimensionamento de tubos de queda.
Diâmetro
nominal do tubo
(DN)
40
50
75
100
150
200
250
300
Número máximo de Unidades de Hunter de Contribuição
(UHC)
Prédio com mais de 03
Prédio de até 03 pavimentos
pavimentos
4
10
30
240
960
2200
3800
6000
8
24
70
500
1900
3600
5600
8400
Fonte: ABNT, 1999.
41
Tabela 6: Dimensionamento de subcoletores e coletor predial.
Número máximo de Unidades Hunter de Contribuição em
função das declividades mínimas
(%)
Diâmetro nominal
do tubo
(DN)
0,5
----1400
2500
3900
7000
100
150
200
250
300
400
1
180
700
1600
2900
4600
8300
2
216
840
1920
3500
5600
10000
4
250
1000
216
840
1920
3500
Fonte: ABNT, 1999.
b) Desconectores
Os desconectores devem atender aos seguintes requisitos:
I) ter fecho hídrico com altura mínima de 0,05 m;
II) apresentar orifício de saída com diâmetro igual ou superior ao do ramal de descarga a ele
conectado.
As caixas sifonadas devem ser dimensionadas conforme a Tabela 7.
Tabela 7: Dimensionamento das caixas sifonadas.
Diâmetro Nominal – DN
(mm)
Valor máximo de
UHC a montante
da caixa sifonada
100
125
150
06
10
15
Fonte: ABNT, 1999.
No caso das caixas sifonadas especiais, o fecho hídrico deve ter altura mínima de 0,20
m; as mesmas devem ser fechadas hermeticamente com tampa facilmente removível e o
orifício de saída deve ter o diâmetro nominal, de no mínimo 75.
42
c) Dispositivos Complementares
c.1) Caixas de Gordura
As caixas de gordura são dimensionadas em função do número de cozinhas por elas
atendidas. Desta forma, assim procede-se:
-
para a coleta de apenas uma pia de cozinha pode ser usada a caixa de gordura
pequena;
-
para a coleta de uma ou mais cozinhas deve ser usada, pelo menos, a caixa de
gordura simples;
-
para a coleta de duas a doze cozinhas deve ser usada, pelo menos, a caixa de
gordura dupla;
-
para a coleta de mais de doze cozinhas, ou ainda, para cozinhas de restaurantes,
escolas, hospitais, quartéis, etc. devem ser previstas caixas de gordura especiais.
A tipologia das caixas de gordura em função de suas dimensões características é
apresentada na Tabela 8.
Tabela 8: Tipologia das caixas de gordura em função das dimensões características
Características
Caixa de
Gordura
Pequena
(CGP)
diâmetro interno
(m)
parte submersa do
septo (m)
capacidade de
retenção
(l)
diâmetro nominal da
tubulação de saída
(mm)
Tipologia
Caixa de
Caixa de
Gordura
Gordura
Simples
Dupla
(CGS)
(CGP)
Caixa de
Gordura
Especial
(CGE)
0,30
0,40
0,60
----
0,20
0,20
0,35
0,40
18,00
31,00
120,00
75
75
100
100
Fonte: ABNT, 1999.
Com relação a caixa de gordura especial (CGE), prismática de base retangular, as
seguintes características devem ainda ser apresentadas:
-
o volume da câmara de retenção de gordura obtido pela fórmula:
43
V = 2N + 20
Onde:
N - número de pessoas servidas pelas cozinhas que contribuem para a caixa de gordura
V - volume em litros
- a altura molhada deve ser de 0,60 m;
- a distância mínima entre o septo e a saída deve ser de 0,20 m.
b) Dispositivos de Inspeção
b.1) Caixas de Inspeção:
A caixa de inspeção é um dispositivo destinado a permitir a inspeção, limpeza,
desobstrução das canalizações, a junção de coletores e a mudança de declividade.
b.2) Caixas de Passagem:
Caixas de passagem são dispositivos que permitem a inspeção, limpeza e desobstrução
das canalizações de esgoto. São caixas de inspeção com apenas uma entrada e uma saída para
o esgoto. Quando cilíndricas, devem ter diâmetro mínimo de 0,15 m e, quando prismáticas de
base poligonal, permitir na base a inscrição de um círculo de diâmetro mínimo de 0,15 m; as
mesmas devem possuir grelha ou tampa cega, e uma altura mínima de 0,10 m.
c) Instalação de Recalque
Esta instalação é utilizada para recalcar os esgotos acumulados em caixas coletoras
situadas abaixo do nível da rede pública de esgoto, provenientes de aparelhos sanitários e de
dispositivos instalados nesse nível. A caixa coletora, é disposta de modo a receber todo o
esgoto por gravidade, sendo que, a partir dela, recalca-se o esgoto para o coletor predial ou
dispositivo de tratamento de esgotos por meio de bombas.
O dimensionamento da instalação de recalque deverá considerar aspectos como a
capacidade da bomba, que deverá atender à vazão máxima provável de contribuição dos
aparelhos e dispositivos instalados que possam estar em funcionamento simultâneo, o tempo
de detenção do esgoto na caixa e o intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas do
motor.
44
Quanto ao dimensionamento da caixa coletora, a mesma deve ter a sua capacidade
calculada de modo a evitar a freqüência exagerada de partidas e paradas das bombas por um
volume insuficiente, bem como a ocorrência de estado séptico por um volume exagerado.
O volume útil da caixa coletora (Vu), ou seja, o volume compreendido entre o nível
máximo e o nível mínimo de operação da caixa (faixa de operação da bomba), pode ser
determinado através da seguinte expressão:
Qxt
Vu = --------------4
Onde:
Q = capacidade da bomba, em m3 / min, determinada em função da vazão afluente de esgotos
à caixa coletora;
t = intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas do motor, em min.
O tempo de detenção do esgoto na caixa coletora (d) pode ser determinado a partir da
seguinte equação:
Vt
d = ---------q
Onde:
d = tempo de detenção, em min.
Vt = volume total da caixa coletora, em m3.
q = vazão média de esgoto afluente, em m3 / min.
O tempo de detenção do esgoto na caixa não deve ultrapassar 30 minutos. Quando
receber efluentes de bacias sanitárias, a caixa coletora, deve possuir uma profundidade
mínima de 0,90 m, a contar do nível da geratriz inferior da tubulação afluente mais baixa. O
fundo deve ser suficientemente inclinado para impedir a deposição de materiais sólidos
quando a caixa for esvaziada completamente. A caixa coletora também deve ser ventilada por
um tubo ventilador primário, independente de qualquer outra ventilação utilizada no edifício.
Por outro lado, caso a caixa coletora não receba efluentes de bacias sanitárias, a profundidade
mínima a ser considerada é de 0,60 m.
As tubulações de sucção devem ser uma para cada bomba e possuir diâmetro uniforme
e nunca inferior aos das tubulações de recalque. Já as tubulações de recalque devem atingir
45
um nível superior ao da rede de maneira que impossibilite o refluxo dos esgotos, devendo ser
providas de dispositivos para este fim.
É recomendável que a capacidade da bomba seja considerada como sendo igual a duas
vezes a vazão afluente de esgotos sanitários e que o intervalo entre duas partidas consecutivas
do motor não seja inferior a 10 minutos, no sentido de se preservar os equipamentos
eletromecânicos de freqüentes esforços de partida.
7.1.2) Componentes do Subsistema de Ventilação
São apresentados a seguir os critérios a serem coletados para o dimensionamento do
sistema de ventilação secundária.
a) Ramal de Ventilação: os diâmetros mínimos a serem utilizados constam na Tabela 9;
b) Coluna de Ventilação: Os diâmetros nominais mínimos são apresentados na Tabela 10, em
função das UHC e do comprimento. Este comprimento é medido desde a extremidade
superior da coluna, que se encontra em contato a com atmosfera até sua base, no encontro com
o tubo de queda;
c) Barrilete de Ventilação: Os diâmetros nominais mínimos são apresentados na Tabela 10. O
número de UHC de cada trecho é a soma das unidades de todos os tubos de queda servidos
pelo trecho e o comprimento a considerar é o mais extenso, da base da coluna de ventilação
mais distante da extremidade aberta do barrilete até essa extremidade;
Tabela 9: Dimensionamento de ramais de ventilação
Grupo de aparelhos sem bacias
sanitárias
Diâmetro nominal
Número de
do ramal de
Unidades Hunter
de Contribuição
ventilação
até 12
13 a 18
19 a 36
40
40
50
Grupo de aparelhos com bacias sanitárias
Número de Unidades
Hunter de
Contribuição
Diâmetro nominal
do ramal de
ventilação
até 17
18 a 60
---
50
75
---
Fonte: ABNT, 1999.
46
Tabela 10: Dimensionamento de colunas e barriletes de ventilação
Diâmetro
nominal do
tubo de queda
ou do ramal de
esgoto
(DN)
Número de
Unidades
Hunter de
Contribuição
(UHC)
40
40
50
50
75
75
75
75
100
100
100
100
150
150
150
150
200
200
200
200
250
250
250
250
300
300
300
300
8
10
12
20
10
21
53
102
43
140
320
530
500
1100
2000
2900
1800
3400
5600
7600
4000
7200
11000
15000
7300
13000
20000
26000
Diâmetro nominal mínimo do tubo de ventilação
40
50
75
100
150
200
250
300
--------------------293
225
192
174
116
90
76
70
------------------------287
219
186
152
Comprimento permitido (m)
46
30
23
15
13
10
8
8
---------------------
--61
46
46
33
29
26
11
8
7
6
-----------------
----317
247
207
189
76
61
52
46
10
8
7
6
-------------
--------299
229
195
177
40
31
26
23
10
7
6
5
---------
------------305
238
201
183
73
57
49
43
24
18
16
14
9
7
6
5
----------------286
219
186
171
94
73
60
55
37
29
24
22
Fonte: ABNT, 1999.
47
7.2 Dimensionamento Racional
(Texto elaborado a partir de ILHA; SANTOS (1994))
O dimensionamento racional visa flexibilizar a atuação do projetista do SPES,
outorgando ao mesmo um poder de decisão maior do que aquele proporcionado pela
metodologia convencional. Acredita-se que tal flexibilização auxilie substancialmente as
emergentes necessidades de racionalização e otimização na Construção Civil.
Este dimensionamento racional consta basicamente em estabelecer, em princípio, uma
configuração inicial para o SPES apenas com ventilação primária; na seqüência, segue-se com
a determinação probabilística das vazões de projeto, caracterização das vazões de descarga
dos aparelhos sanitários, dimensionamento das tubulações e a verificação da suficiência da
ventilação primária. Caso esta não seja suficiente, altera-se a geometria da configuração
inicial proposta ou concebe-se para a mesma a ventilação secundária. Caberá ao projetista a
definição da melhor solução. A idéia é que esta metodologia racional seja suficientemente
abrangente, oferecendo ao projetista condições de trabalhar as diversas variáveis de projeto,
isto é, flexibilidade. A escolha do tipo de bacia sanitária, por exemplo, poderá estar definindo
o nível de ventilação necessária.
7.2.1) Apresentação do Dimensionamento Racional
A seguir será abordada a determinação probabilística da vazão de projeto e o
equacionamento racional propriamente dito, onde equações básicas da hidráulica e algumas de
suas variantes são utilizadas. Diversas formulações específicas desenvolvidas por
pesquisadores do assunto são consideradas como, por exemplo, a determinação da velocidade
e comprimento terminais, a capacidade do tubo de queda , entre outras. Por último será
apresentada a idéia básica do modelo matemático para verificar a necessidade da ventilação
secundária, este desenvolvido por GRAÇA (1985).
a) Vazão de Projeto
Uma postura adequada para determinar a vazão de projeto é considerá-la como função
da simultaneidade de uso e da tipologia dos aparelhos sanitários. Há diversos métodos
probabilísticos desenvolvidos para determinar a simultaneidade de uso, muitos deles baseados
nas distribuições normal, binomial e multionomial. Entre estes métodos, pode-se citar os
trabalhos de Hunter, Webster, Courtney, Konen e Murakawa, conforme GONÇALVES
(1986). Este autor também desenvolveu um modelo probabilístico o qual é aberto para a
entrada de diversos dados específicos da realidade de cada projeto. É importante também
salientar que tais métodos estatísticos permitem ao projetista estabelecer qual o nível de
confiança que o mesmo deseja trabalhar. Quanto ao levantamento da tipologia dos aparelhos
sanitários, mais especificamente as bacias sanitárias, cresce em importância a escolhas de
bacias eficientes mas de reduzido consumo de água, conforme ROCHA (1992).
48
b) Equacionamento
b.1) Dimensionamento o Subsistema de Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário.
O escoamento no tubo de queda é considerado anular, isto é, o esgoto escoando pelas
paredes do tubo de queda na forma de um cilindro ôco onde circula ar. Em qualquer seção
transversal deste escoamento, a razão entre a seção de água e a seção de ar deve situar-se entre
1/4 e 1/3, de maneira a evitar que o escoamento preencha totalmente a seção transversal,
condição esta que perturbaria sensivelmente as pressões de ar no interior do sistema.
O diâmetro do tubo de queda pode ser determinado a partir da seguinte equação:
0,116 n3/8 Qtq3/8
dtq = --------------------------to5/8
(01)
Onde:
dtq = diâmetro interno do tubo de queda, em m;
Qtq = vazão de projeto no tubo de queda, em l/s;
n = coeficiente de Manning, em s/m
1/3
;
to = taxa de ocupação de água durante o escoamento no tubo de queda.
Esta equação é uma variante da equação de Manning para escoamento anular e
permanente, onde o valor de Qtq é aquele onde ocorre a velocidade terminal. Sendo o
escoamento no tubo de queda anular, o valor do to pode ser expresso da seguinte forma:
to = Se / Stq
(02)
Onde:
Se = área da seção transversal da coroa circular por onde escoa a água no tubo de queda;
Stq = área da seção transversal do tubo de queda
A fim de se garantir a manutenção do escoamento anular no tubo de queda,
recomenda-se utilizar to entre 1/4 e 1/3 conforme, comentado anteriormente. A velocidade
terminal tem a seguinte formulação, conforme SWAFFIELD; CAMPBELL (1995):
Vt
=
13
(Qtq
/
dtq)
2/5
(03)
49
Onde:
Vt = velocidade terminal, em m/s;
dtq = diâmetro interno do tubo de queda, em mm.
Com relação à vazão de projeto, a mesma pode ser obtida através das diversas
metodologias citadas no item 3.4. Utilizando-se, por exemplo, a distribuição binomial, a qual
foi incorporada no texto da NBR-8160 conforme ILHA; SANTOS (1994), tem-se a seguinte
formulação básica:
N
Qtq = ∑ (mi ∗ qi )
(04)
1
Onde:
Qtq = a vazão de projeto no trecho considerado (l/s);
i = índice representativo do tipo de aparelho sanitário;
N = número de tipos de aparelhos sanitários no trecho considerado;
mi = número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso simultâneo,
entre J aparelhos instalados, para um dado fator de falha;
J = número de aparelhos sanitários do tipo i instalados no trecho considerado;
qi = vazão unitária do aparelho sanitário do tipo i (l/s).
A distribuição binomial estabelece, para um dado nível de confiança a ser estipulado
pelo projetista, o número de aparelhos sanitários do tipo i em uso simultâneo (mi) entre o
total instalado ao trecho considerado (J). O tipo de aparelho sanitário em questão determinará
as respectivas vazões a serem fornecidas pelos fabricantes, assim como as freqüências de uso
e durações das descargas, as quais são dados de campo.
O diâmetro dos ramais de descarga, ramais de esgoto, sub-coletores e coletor predial
pode ser calculado a partir da seguinte equação, considerando-se escoamento à meia seção:
n3/8 Qe3/8 I-3/16
de = ---------------------6,644
(05)
Onde:
de = diâmetro do trecho considerado, em m;
n = coeficiente de Manning, em s/m1/3 ;
Qe = vazão no trecho considerado, em l/s;
I = declividade do trecho considerado em m/m.
50
A vazão em cada trecho, no caso do ramal de descarga, será dada por:
Qe = qi
(06)
A vazão em cada trecho, no caso do ramal de esgoto, será dada por:
N
Qe = ∑ (mi ∗ qi )
(07)
1
Onde:
N = número de tipos de aparelhos sanitários no trecho considerado;
mi = número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso, simultâneo, para
um dado fator de falha;
qi = vazão de contribuição do aparelho sanitário do tipo i.
A vazão em cada trecho, no caso dos sub-coletores, será dada por:
Qe = Qtq
(08)
A vazão em cada trecho, no caso do coletor predial, será dada por:
N
Qe = ∑ (mi ∗ qi )
(09)
1
A declividade I adotada na equação 05 para o dimensionamento dos sub-coletores e
coletores deve ser testada quanto as condições de arraste do material sólido através do
princípio da tensão trativa:
Tr = γ Rh I ≥ 1,0 Pa
(10)
Onde:
Rh = raio hidráulico, em m;
Tr = tensão trativa, em Pa;
γ = peso específico, em N/m2 .
51
b.2) Dimensionamento do Subsistema de Ventilação
O subsistema de ventilação pode ser composto por tubulações ou dispositivos de
ventilação ou, ainda, uma combinação de ambos. O equacionamento da ventilação primária,
isto é, o valor do diâmetro do tubo de queda que propicie uma vazão de ar que equilibre as
pressões pneumáticas, no interior do sistema, em torno da pressão atmosférica, é dado pela
seguinte equação, conforme GRAÇA (1985):
Qar = c Qtq2/5 - 1,5 Qtq
(11)
Onde:
Qar = vazão de ar que escoa pelo núcleo de ar no tubo de queda, em l/s;
c
= coeficiente adimensional;
Qtq = vazão de projeto no tubo de queda, em l/s.
Já para o dimensionamento das tubulações da ventilação secundária, a seguinte
equação é utilizada considerando-se uma perda de carga máxima de 25mmca e
desconsiderando-se a perda de carga nas singularidades de acordo ASPE (1991):
Dv = 4,06 [f Lv (Qar')2)]1/5
(12)
Onde:
Dv = diâmetro da tubulação de ventilação, em mm;
Lv = comprimento da tubulação de ventilação, em mm;
f = coeficiente de perda de carga distribuída, adimensional;
Qar’ = vazão de ar na tubulação de ventilação, em l/s.
A vazão de ar na coluna de ventilação é estimada como sendo igual a 2/3 da vazão de
ar no interior do tubo de queda, chegando-se, então, a seguinte relação:
Qar' = 40 Qar
(13)
Onde
Qar = neste caso é a vazão de ar na coluna de ventilação, sendo obtida em l / min.
52
Caso a ventilação secundária seja composta por dispositivos de ventilação, serão
necessárias as especificações dos fabricantes, de acordo com FERNANDES (1993).
c) Modelo para Verificação da Necessidade da Ventilação Secundária
A verificação da necessidade da ventilação secundária em um SPES com tubo de
queda único (sistema sem ramais e colunas de ventilação) é possível através da utilização de
um equacionamento desenvolvido por GRAÇA (1985), onde são determinadas, a partir do
conhecimento das características geométricas do sistema e das condições climáticas do
ambiente , as magnitudes estimadas e admissíveis das variáveis referentes às perdas de altura
do fecho hídrico assim como as pressões desenvolvidas no interior do sistema. O conjunto de
inequações a seguir, se obedecido, indica não ser necessária a ventilação secundária:
a) Ha,i ≥ Hr,i
b) Da,s ≥ Dr
c) Sa,s ≥ Sr
Onde :
Ha,i = perda de altura do fecho hídrico admissível para o desconector i (mm);
Hr,i = perda de altura do fecho hídrico provocada por auto-sifonagem (mm);
Da,s = depressão admissível no sistema (N/m2);
Dr = depressão máxima provocada pelos efeitos de sifonagem induzida, tiragem térmica e
ação do vento e das variações da pressão ambiental (N/m2);
Sa,s = sobrepressão admissível no sistema (N/m2);
Sr = sobrepressão máxima no sistema ( N/m2).
As variáveis Ha,i , Da,s e Sa,s dependem das características geométricas do sistema,
enquanto as variáveis Hr,i , Dr e Sr dependem das condições ambientais dos fenômenos
associados ao escoamento. Todas as equações envolvendo estas variáveis, as quais formam
um equacionamento bastante extenso e complexo, estão detalhadamente apresentadas em
GRAÇA (1985).
53
8. MATERIAIS E COMPONENTES DO SISTEMA PREDIAL DE ESGOTO
SANITÁRIO
Neste capítulo são apresentados alguns materiais e componentes normalmente
utilizados no SPES.
8.1 Tubos e Conexões
Os tubos e conexões comerciais encontram-se em vários tipos de materiais, entre eles
o PVC rígido, a cerâmica vidrada, o fibrocimento e o ferro fundido os quais serão
apresentados na seqüência. Em função da grande diversidade de recomendações existentes
relativas à execução, as mesmas não serão apresentadas neste item. Todavia, tais
recomendações devem ser observadas nos catálogos dos respectivos fabricantes.
8.1.1 PVC Rígido
Existem duas séries de tubos de PVC: Série normal (tubos com parede de menor
espessura) e série reforçada (tubos com parede de espessura maior).
A produção de tubos e conexões em PVC rígido deve atender às especificações
contidas na NBR-5688 e NBR-7362. Para utilização deste material, a NBR 8160 prescreve os
seguintes requisitos básicos a serem atendidos:
a) os tubos e conexões devem ser protegidos contra choques e esforços de compressão;
b) o referido material não deve ser exposto a temperaturas recomendadas pelos fabricantes.
8.1.2 Cerâmica Vidrada
Os tubos e conexões de cerâmica vidrada devem atender os requisitos da NBR-5645.
Quanto à sua utilização, a NBR-8160 não permite o uso deste material em instalações
aparentes ou embutidas. É importante também salientar que as tubulações deste material não
devem ser expostas à choques e perfurações, tampouco serem utilizados em terrenos onde
desenvolvam-se recalques.
8.1.3 Fibrocimento
Segundo a NBR-8160/1999, a utilização de tubos e conexões de fibrocimento em
instalações aparentes ou embutidas são possíveis apenas quando forem utilizadas juntas
elásticas. Além disso, faz-se também necessário o uso de proteção adequada contra choques.
54
8.1.4 Ferro Fundido
Os tubos e conexões desse material devem atender os requisitos da NBR-8161. Com
relação à sua utilização entretanto, os requisitos a serem atendidos constam na NBR-8160, a
qual basicamente expressa que o ferro fundido deve apresentar revestimento adequado.
Neste sentido, os fabricantes oferecem revestimentos betuminosos, tintas asfálticas,
tintas à base de borracha clorada, tintas à base de resinas epóxicas, entre outros, segundo
MACINTYRE (1996). Convém também salientar que este material pode ser enterrado, desde
que adequadamente protegido, conforme já comentado. Os tubos de ferro fundido devem
apresentar as seguintes características (Empacotando Sistemas Prediais,1999):
•
•
•
•
•
alta resistência contra choques;
alta resistência a produtos químicos;
baixo nível de ruído na condução dos esgotos;
serem incombustíveis; e
alta durabilidae.
8.2 Aparelhos Sanitários
Exemplos de aparelhos sanitários, cuja função básica é a coleta das águas servidas são:
bacia sanitária, lavatório, banheira, mictório, etc. Há também equipamentos como a máquina
de lavar roupas, a máquina de lavar pratos, entre outros.
As bacias sanitárias podem ser utilizadas com à caixas de descarga (suspensas ou
acopladas) ou à válvulas de descarga.
Devido a grande variedade de modelos dentro de cada tipo de aparelhos/equipamentos
sanitários, as cotas dos pontos de alimentação de água fria e quente e também de esgoto
sanitário podem diferir de forma significativa . É recomendável consultar a especificação
técnica de cada aparelho para que a locação destes pontos seja precisa e não ocasione
retrabalho na obra. No anexo D encontram-se as distâncias dos pontos de esgoto dos aparelhos
sanitários.
No Brasil, foi lançado um programa setorial da Qualidade (PSQ) de louças sanitárias
para sistemas prediais, que faz parte do Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade
(PBPQ), lançado em 1998, o qual possuía como objetivo especifico relacionado ao uso
racional água, prevendo a qualidade evolutiva das bacias sanitárias (e dispositivos de
descarga) limitando o volume máximo de descarga em torno de 6 litros até o ano de 2002, ou
em valor que implicasse menor consumo de água (MPO/SEPURB-PBPQ-H, 1998).
Existem outros componentes economizadores que representam uma grande parcela de
consumo em determinadas tipologias de edifícios como: restritor de vazão para chuveiros;
registro regulador de vazão para lavatórios e chuveiros, pias, tanques, etc.; arejador; torneiras
hidromecânicas; etc (ver Figuras 35 e 36).
55
Torneira de acionamento automático com o pé.
Torneira de acionamento automático de lavatório
Registro regulador de vazão de lavatório
Figura 35: Equipamentos economizadores
Arejador
Restritor de vazão para
chuveiro
Regulador de vazão para
chuveiro
Figura 36: Equipamentos economizadores
56
9. BIBLIOGRAFIA
ABNT. Sistema Predial de Esgoto Sanitário – Projeto e execução - NBR 8160,
Brasil,1999.
AMERICAN SOCIETY OF PLUMBING ENGINEERS (ASPE-1991)
ASPE. Vents & Venting. ASPE DATA BOOK. Chapter 1, USA, 1988.
BAZZO, W.A.; PEREIRA, L.T.V. Introdução à Engenharia. Editora da UFSC,
Florianópolis, 1993.
BELINAZO, H. J. Manual de Instalações Hidráulicas e Sanitárias. Santa Maria, 1993.
Empacotando Sistemas Prediais – CD-ROM da Serie Empacotando Edifícios.
São Paulo, 1999.
FERNANDES, V. M. C. Influência do Uso de Dispositivos de Admissão de Ar no
Comportamento Hidráulico-Pneumático dos Sistemas Prediais de Coleta de Esgotos
Sanitários de Edifícios Residenciais. PCC -EPEUSP, São Paulo, 1993.
GRAÇA, M. E. A. Formulação de modelo para a avaliação das condições determinantes
da necessidade de ventilação secundária em sistemas prediais de coleta de esgotos
sanitários. PCC -EPUSP, São Paulo, 1985.
GONÇALVES, O. M. Formulação de modelo para o estabelecimento de vazões de projeto
em sistemas prediais de distribuição de água fria, São Paulo, 1986.
GOLNÇALVES, O. M. Execução e manutenção de sistemas hidráulicos prediais. Editora
PINI, São Paulo, 2000.
ILHA, M. S. O. ; SANTOS, D. C. Normalização de sistemas prediais de esgoto sanitário.
In: VIII Simpósio nacional de instalações prediais. São Paulo, 1994. Anais do VIII
Simpósio nacional de instalações prediais. p31-37.
MACINTYRE, A.J. Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais. Livros Técnicos e
Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1996.
57
MINISTÉRIO DO PLANEJAMENTO E ORÇAMENTO (MPO). Metas mobilizadoras
nacionais. PROGRAMA BRASILEIRO DA QUALIDADE E PRODUTIVIDADE
(PBQP).SECRETARIA DE POLÍTICA URBANA (SEPURB). Brasília. Julho, 1998.
WILLY, R. S; EATON, H. N. Capacities of stacks in sanitary drainage systems for
buildings. Washington, D.C., National Bureau of standards, 1961 (Monograph 31 –
Reprinted with correction in 1965).
58