Dicas de projeto e dimensionamento de tubulações - Met@lica
Dicas de projeto e dimensionamento de tubulações
Contratação de um técnico qualificado é o principal fator para a elaboração do projeto
O sistema predial de água fria é constituído basicamente por tubos, conexões, reservatórios e pontos de utilização. Estes elementos são peças de um quebra-cabeça complicado à primeira vista, mas que pode vir a ser fácil de ser montado. A solução do "jogo" começa por um projeto robusto, composto por etapas indispensáveis.
O engenheiro civil Sérgio Frederico Gnipper, sócio-diretor da Gnipper e Engenheiros Associados S/C Ltda., ressalta que a qualidade do projeto de sistemas prediais hidráulico-sanitários (SPHS) está relacionada ao emprego de um processo que contemple a melhoria contínua. Segundo ele, o projeto inicia-se na clara identificação dos clientes e fornecedores em todas as etapas: geração, uso, operação e manutenção, com o objetivo de determinar as exigências de cada qual, relativas ao fluxo de produtos, serviços e informações. "Isto permite destacar os pontos potenciais de problemas que posteriormente poderão constituir falhas nos SPHS", afirma. Em seguida, haveria a identificação e caracterização do fluxo de produtos, serviços e informações entre os intervenientes no processo de produção do projeto, a começar pela fase de concepção do produto. "Esta consiste no levantamento de dados, elaboração do programa de necessidades e no estudo de viabilidade", explica.
Segue-se então a definição do produto, ao longo das etapas tradicionais de estudo preliminar, anteprojeto ou projeto pré-executivo e projetos legais para aprovação em órgãos públicos e companhias concessionárias de serviços públicos. "A fase subsequente compreende a identificação e solução de interfaces entre as várias áreas técnicas envolvidas, resultando num projeto básico, que então origina um projeto executivo ou de detalhamento de especialidades. Integram ainda esse processo a pós-entrega do projeto e da obra", conclui Gnipper.
Carlos Teruel, gerente de produtos da Tigre, descreve as etapas de projeto de forma resumida. Segundo ele, determina-se primeiramente o número de pessoas a serem atendidas. Com esta informação, obtêm-se um volume de reservatório necessário, conforme determinação da NBR 5626. "A partir daí, e com a definição dos pontos de consumo, e perda de carga devido às distâncias e interferências (conexões, registros), calcula-se o diâmetro necessário da tubulação para que a água chegue aos terminais com a pressão (kgf/cm²) suficiente para o correto funcionamento dos aparelhos (acessórios)", explica.
O dimensionamento das tubulações de água fria, por sinal, é ponto-chave da fase de projeto. "A contratação de um técnico qualificado (engenheiro ou projetista) é o principal fator para a elaboração de um projeto de instalação hidráulica seguro. Outro cuidado que se deve ter é a escolha de produtos que atendam às especificações normativas e de projeto", resume a engenheira civil Bárbara de Franco Tobar, analista de desenvolvimento de produtos da Mexichem Brasil (marcas Amanco e Plastubos). Segundo ela, um dimensionamento mal feito pode trazer como consequência soluções improvisadas e antieconômicas na realização de reparos indesejáveis. Bárbara destaca ainda que a interface entre projeto e execução deve estar bem alinhada, pois, caso contrário, poderia causar prejuízos futuros, quando a correção do problema pode ser mais difícil e onerosa. "Um bom dimensionamento deve ser claro, com lista detalhada dos materiais que serão utilizados e detalhes de execução que sejam de fácil entendimento não apenas do projetista, mas, principalmente, dos profissionais que executarão a obra, neste caso, os instaladores hidráulicos", complementa a engenheira.
Já Cleiton Santana, engenheiro de aplicação do Grupo Dema, destaca as primeiras informações que seriam necessárias para o dimensionamento das tubulações de água fria:
a) Verificação dos layouts dos ambientes de uma edificação, analisando os locais que serão utilizados o consumo de água, por exemplos: banheiro, lavabo, lavanderia, cozinha e etc.
b) Análise as necessidades técnicas da instalação, como reservatório de água, bombas de recalque, válvulas de controle e outros materiais conforme a necessidade do projeto.
Definição do diâmetro
O melhor diâmetro de um determinado trecho de tubulação da rede predial de distribuição de água fria seria o menor diâmetro (portanto, o mais econômico) que, em conjunto com os demais trechos, garantiria uma pressão mínima requerida nos pontos de utilização de água fria a jusante para o funcionamento satisfatório dos respectivos aparelhos sanitários. Sérgio Gnipper conta que a versão em vigor da norma NBR 5626/98 fixa 3 m/s como a máxima velocidade admissível para o escoamento de água fria em tubulações da rede de distribuição predial, a saber, barriletes, colunas de distribuição, ramais e sub-ramais. "Deste modo, respeitadas as limitações de perda de carga disponível para um dado trecho da rede de distribuição, o diâmetro mais econômico será o menor valor comercial de um dado material (PVC, PPR, PEX, cobre, aço, etc.) cujo escoamento se aproxime o mais possível desse limite máximo de velocidade", afirma.
Bárbara de Franco Tobar ressalta que a definição do diâmetro depende das dimensões do imóvel e do projeto civil. "Quem determinará isto será a pessoa responsável por desenhar o projeto, que pode ser um engenheiro civil, projetista ou arquiteto. É importante que quem quiser construir um imóvel tenha seu projeto desenvolvido e implementado por profissionais que poderão garantir o correto desempenho e execução do projeto", alerta.
A respeito dos cálculos para dimensionamento da rede, a engenheira afirma que deve-se considerar o tipo e padrão da edificação, número de moradores ou usuários da edificação e consumo diário em litros por dia. Segundo ela, primeiramente realiza-se o cálculo do dimensionamento do ramal predial a partir do consumo diário e da vazão na rede. O hidrômetro seria definido em função da vazão prevista.
O tamanho do reservatório, prossegue Bárbara, é definido para o caso de interrupção de consumo durante 24 horas e considerando que o mínimo para reserva é de 500L e no máximo três vezes o valor do consumo diário. "É importante observar a distribuição de volumes quando existir reservatório superior e inferior, sendo recomendado por questões econômicas, 40% do volume total para o superior e 60% para o inferior. Em casos específicos existe necessidade de reservas adicionais, como no combate de incêndio. Esse dimensionamento deve seguir a norma brasileira e a norma do corpo de bombeiros local", acrescenta.
Todas as tubulações seriam calculadas através da vazão, da velocidade, da perda de carga e da pressão no sistema. Já os diâmetros dos sub-ramais teriam de variar de acordo com os pontos de consumo, ou seja, cada peça possui um diâmetro pré-estabelecido segundo testes laboratoriais que determinam os diâmetros mínimos. "No caso dos ramais, os diâmetros devem ser calculados trecho a trecho, considerando o funcionamento simultâneo das peças. Esse método é tratado na norma brasileira NBR 5626/98- Instalação Predial de Água Fria", diz.
As colunas, no caso de edifícios de múltiplos pavimentos - informa a engenheira -, são dimensionadas da mesma maneira dos ramais, porém considerando os pesos e trechos de cada pavimento. No caso do barrilete, primeiramente seria definido o tipo - ramificado, que seria a solução mais econômica, ou o simplificado -, e depois a localização em função da posição das colunas.
Bárbara ressalta que os pesos das colunas são considerados e, na hipótese de que esteja ocorrendo manutenção nos reservatórios, um deles abastecerá todas as colunas enquanto o outro estará fechado.
A respeito das diferenças dos métodos de dimensionamento usados em obras pequenas, de até 3 andares, e em edifícios altos, a analista de desenvolvimento de produtos da Mexichem Brasil informa que, no caso de obras pequenas, não existe necessidade de verificação de pressão máxima e sim da mínima, já que se trata de um ponto crítico do sistema nas peças que necessitem de maior pressão que estejam localizadas próximas ao reservatório, no pavimento mais elevado. "A altura do reservatório deve ser fixada através do projeto hidráulico ou por razões arquitetônicas", afirma.
No caso de edifícios altos, seria necessário prestar atenção na pressão mínima e na máxima, ou seja, no pavimento mais baixo, "e não se deve ter mais que 13 pavimentos (39m) abastecidos diretamente pelo reservatório superior, sendo indicada a instalação de reservatórios intermediários e/ou válvulas redutoras de pressão".
A pressão dinâmica mínima, informa a engenheira, deve ser de 0,5 m.c.a em qualquer ponto da rede, e a estática, máxima de 40 m.c.a.
Sérgio Gnipper acredita que o dimensionamento das tubulações da rede predial de distribuição deva ser efetuado, por razões econômicas, com base no estabelecimento de uma demanda simultânea provável de água menor do que a máxima possível. "Essa demanda simultânea pode ser estimada tanto pela aplicação da teoria das probabilidades, por meio de um método probabilístico, a exemplo do Método de Hunter, como a partir da experiência acumulada na observação de sistemas similares, valendo-se de um método empírico, a exemplo do Método de Pesos Relativos, presente no Anexo A da norma NBR 5626/98.
Tabela 1: Pesos relativos, vazões de projeto e requisitos mínimos de diâmetro e pressão de pontos de utilização
O engenheiro diz que métodos probabilísticos são especialmente recomendados para obter as vazões de projeto em redes de distribuição com setorização de medição de consumo, a exemplo de medição individualizada de consumo em unidades condominiais; também seria indicado para a seleção e dimensionamento dos respectivos hidrômetros. "Nestes casos, muitos projetistas têm optado pelo emprego do Método de Gonçalves, que admite a estimação de parâmetros com valores mínimo, médio e máximo, tais como a duração da descarga de cada aparelho sanitário, o intervalo entre usos consecutivos, etc. Este método permite obter o valor da vazão de cálculo para cada trecho da rede de distribuição predial de água fria, considerando-a como variável aleatória, uma vez que a própria utilização dos aparelhos sanitários, na maioria dos casos, também é feita ao acaso", afirma. "Para tanto, associa ao comportamento da vazão, num dado trecho da rede de distribuição predial, uma função densidade de probabilidade, relacionando as vazões com as respectivas probabilidades de ocorrência, a partir de um nível de risco assumido pelo projetista, ao adotar um fator de falha adequado", acrescenta. Os métodos probabilísticos em geral, diz Gnipper, requerem auxílio computacional na sua utilização, dado o volume de cálculos envolvidos.
Em contrapartida aos métodos probabilísticos, encontram-se os chamados métodos empíricos, de manipulação mais simples, entre os quais o mais conhecido é o Método dos Pesos Relativos. "Ele só deve ser empregado para sistemas destinados ao uso normal da água e dotados de aparelhos sanitários e peças de utilização usuais. Ele não deve ser adotado quando o uso é intensivo, a exemplo de cinemas, escolas, quartéis, estádios e outros, onde se torna necessário estabelecer, para cada caso particular, o padrão de uso e os valores máximos de demanda. Esse método foi desenvolvido para situações em que se tem muitos aparelhos sanitários acumulados", explica Gnipper.
De acordo com o engenheiro civil, este método tende a subestimar a vazão provável em sub-ramais e em trechos de ramais de distribuição onde é elevada a probabilidade de ocorrer simultaneidade de uso de aparelhos sanitários a jusante, tal como edificações de pequeno porte. Neste caso, ele recomenda avaliar cuidadosamente a combinação mais desfavorável dos prováveis aparelhos sanitários em funcionamento simultâneo a jusante do trecho do ramal de distribuição a dimensionar e acumular as suas vazões de projeto, com base nos valores da Tabela 1. "O valor resultante deve ser empregado para o dimensionamento, em lugar do correspondente resultado obtido na aplicação do Método dos Pesos Relativos, sempre que este último resultar numericamente inferior. A combinação de aparelhos sanitários mais desfavoráveis em termos de frequência de uso, duração de cada utilização, vazão de projeto e pressão dinâmica requerida, considerados em uso simultâneo, nestas condições, deve ser convenientemente justificada", esclarece.
Por outro lado, Gnipper revela que o Método dos Pesos Relativos tende a superestimar a vazão provável em trechos que alimentam uma grande quantidade de aparelhos sanitários de elevados pesos relativos a jusante (caso de bacias sanitárias com válvulas de descarga, por exemplo), tais como em trechos iniciais de barriletes de edifícios com expressivo número de unidades condominiais. "Neste caso, recomenda-se o emprego de um método baseado na teoria das probabilidades", sugere.
Durabilidade das tubulações
Para o engenheiro Cleiton Santana, do Grupo Dema, a durabilidade das tubulações depende dos seguintes fatores:
1. Seguir as normas de instalações existentes, pertinentes aos materiais utilizados;
2. Nas instalações, devem ser observadas as orientações técnicas do produto conforme estipulado no manual técnico de cada fornecedor;
3. Assegurar que a instalação utilizada é corresponde ao tipo de fluido usado diariamente. Não interferindo as características técnicas da tubulação com o tipo de fluido utilizado, como água quente, numa instalação de material para ser utilizada água fria.
Bárbara de Franco Tobar destaca a importância do planejamento. "A falta de planejamento é a principal causa de entupimentos e vazamento nas redes de instalação hidráulica. Infelizmente, no Brasil muitos projetos são executados sem planejamento. A contratação de um técnico qualificado (engenheiro ou projetista) é o principal fator para a elaboração de um projeto de instalação hidráulica seguro", diz.
Segundo ela, o projeto não pode permitir pressão excessiva na rede, pela escolha inadequada dos componentes hidráulicos da tubulação, que pode não suportar os esforços e se romper. O abastecimento dos pontos de utilização deve estar dentro dos limites aceitáveis de pressão e de vazão e devem-se evitar situações que provoquem perda de carga excessiva, golpes de aríete e comprimentos de tubulações que levam a situações de tensionamento, causadores de futuros rompimentos por fadiga na tubulação. "Todo projeto deve ser pautado nas determinações prescritas nas normas de instalação", afirma.
Carlos Teruel, da Tigre, ressalta: "o uso do produto adequado e instalado de forma correta garante uma vida útil de até 50 anos para as instalações".
Sérgio Frederico Gnipper afirma que a durabilidade não é uma qualidade inerente apenas ao material da tubulação ou ao próprio componente, mas depende também das condições de exposição enquanto em serviço e mesmo das condições de utilização e de manutenção a que fica submetido. "A durabilidade ainda está associada com a relação entre os diversos materiais que compõem os SPHS, sua forma geométrica e até mesmo o processo construtivo empregado", diz.