DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA HIDRÁULICO PREVENTIVO

A recente tragédia ocorrida em Santa Maria desencadeou grande mobilidade por parte das autoridades responsáveis pela segurança e prevenção contra acidentes em locais públicos e/ou concentração de pessoas, como edificações residenciais multifamíliar, caso a ser estudado a seguir.

Um grande meio de combate a incêndios em casos como o relatado, mais difundido e cobrado atualmente, atende pela sigla S.H.P. (Sistema Hidráulico Preventivo), composto em suma, pela rede de hidrantes distribuídos pela edificação de modo a combater qualquer foco de incêndio do local. É abastecido pela reserva técnica de incêndio, RTI, dimensionada a atender a necessidade da edificação, expecifica pela norma desenvolvida pelo Corpo de Bombeiros, podendo ser auxiliada por uma moto-bomba ou simplesmente funcionando pela força gravitacional, abastecendo o/os hidrante/s ou pelo Hidrante de Recalque, que fica no final do sistema e que ao esgotamento da reserva técnica de incêndio é conectado à um caminhão pipa ou de bombeiros, novamente abastecendo o sistema de hidrantes. Vejamos a seguir o dimensionamento de um S.H.P. em um prédio de sete andares com dois apartamentos por andar.

Esta postagem se propõem e demonstrar em passo à passo o dimensionamento do sistema, bem como todas os amparos e normas na qual se foi baseado, proporcionando material de pesquisa para os estudantes de Mecânica do Fluidos, já que envolve calculo de vazão, perda de carga, manometria e outras características abordadas pela matéria bem como material para alunos de outras cadeiras do curso como Instalações Hidráulica e Preventiva, abordando o próprio tema de S.H.P.

CLASSIFICAÇÃO

A classificação da edificação quanto a ocupação;

A edificação classifica-se como RESIDENCIAL Privativa (multifamiliar), de acordo com a NSCI/94, Capítulo II – Da Classificação de ocupação dos Edifícios, Art. 10, item I – Residencial, subitem a) Privativa (multifamiliar).

O risco de incêndio da edificação;

De acordo com a NSCI/94, Capítulo IV – Classificação dos Riscos de Incêndios, Art. 27, e considerando classificação da edificação do item anterior como RESIDENCIAL, considera-se risco de incêndio da mesma como RISCO LEVE (item I, subitem a) residencial).

Exigência de Sistema Hidráulico Preventivo;

De acordo com a NSCI/94, Capítulo III – Dos Sistemas de Segurança, Art. 13 – Nas edificações RESIDÊNCIAIS PRIVATIVAS multifamiliares, deverá ser utilizado o seguinte sistema de proteção:

- Sistema hidráulico preventivo, atendendo ao item II, onde especifica que com 04 ou mais pavimentos ou área total construída, igual ou superior a 750 m², será exigido Sistema Hidráulico Preventivo;

Obs.: Neste trabalho serão apresentados a grande maioria dos dispositivos de proteção contra incêndio, exigidos pelas NSCI – Normas de Segurança Contra Incêndio do Corpo de Bombeiros do Estado de Santa Catarina, visto o foco em S.H.P.

DEFINIÇÕES GERAIS

Definição do tipo de canalização do SHP;

Baseando-se na NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção I – Das canalizações, Art. 48, o tipo de canalização que será utilizado neste sistema preventivo será de aço galvanizado, considerando diâmetro mínimo de tubulação para início de cálculo igual a 63mm.

Definição do tipo de abastecimento do SHP;

Baseando-se na NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção II – Dos reservatórios, Art. 52, item I subitem a), o tipo de abastecimento do sistema será por reservatório superior com adução feita por gravidade.

Pressão mínima para o funcionamento do SHP;

Segundo a NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção III – Dos hidrantes, Art. 65, e considerando classificação do risco de incêndio como RISCO LEVE (item I), a pressão mínima para o funcionamento do sistema é 0,4kg/cm², ou seja, 4mca.

Número de hidrantes funcionando simultaneamente;

Segundo a NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção III – Dos hidrantes, Art. 66, e considerando que a edificação possui 8 hidrantes instalados (item IV – quando instalado mais de 6 hidrantes), 4 hidrantes deverão funcionar simultaneamente.

Coeficiente de rugosidade para tubulações do SHP;

Segundo a NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção III – Dos hidrantes, Art. 68:

“Adota-se para os dimensionamentos a fórmula de Hanzen Willians, com o valor do coeficiente de rugosidade de 120 para as canalizações e de 140 para as mangueiras com revestimento interno de borracha.”

Comprimento das mangueiras do SHP;

Baseando-se na NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção V – Das linhas de mangueiras, Art. 72, será adotado comprimento de mangueira igual a 15m.

Diâmetro mínimo para tubulações;

De acordo com a NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção I – Das canalizações, Art. 48, o diâmetro mínimo de tubulação para início de cálculo será 63mm, bem como, de acordo com Seção V – Das linhas de mangueiras, Art. 73, e considerando edificação de risco leve o diâmetro da mangueira será de 38mm e seu requinte 13mm.

Tipos de mangueiras para o SHP;

Segundo a NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção V – Das linhas de mangueiras, Art. 74:

“As mangueiras devem ser flexíveis, de fibra resistente à umidade e com revestimento interno de borracha.”

Hidrante de recalque para o SHP;

Segundo a NSCI/94, Capítulo IV – Sistema Hidráulico Preventivo, Seção VI – Do hidrante de recalque, Art. 78:

“O hidrante de recalque será localizado preferencialmente junto à via pública, na calçada ou embutido em muros ou fachadas, observando-se as mesmas cotas para instalação dos hidrantes de parede.”

Reserva Técnica de Incêndio - RTI;

De acordo com a IN 007 – Sistema Hidráulico Preventivo, item 4.2.1.3.2, subitem d), a RTI deverá ser dimensionada de forma que forneça ao sistema uma autonomia mínima de 60 minutos, quando acondicionada em reservatórios superiores.

MEMORIAL DE CÁLCULO

RTI

Pressão disponível no ponto A

PA = PR + DN – HP

PA = PM + 0 + HP

PA = 4 + HPtub + HPmang

PA = 4 + 0,056 + 0,51

PA = 4,566 m.c.a

Vazão do H1

QH1 = 0,2046.d².√P min

QH1 = 0,2046.².√4

QH1 = 69,15 L/min x 30min = 2074,50 L

Cálculo da perda de carga na tubulação

QH1 = 69,15L/min

Dtub = 63mm

Ctub = 120 Aço galvanizado

J = ((10,641.QH1^1,85)/(Ctub^1,85.Dtub^4,87))

J = ((10,641.0,011^1,85)/(120^1,85.0,063^4,87))

J = 3,91x10^-3

Htub = J.Lt

Htub = (3,91x10^-3).14,28

Htub = 0,056 m.c.a

Lt = Lreal + Lpeças

Lt = 0,25 + (3,43+0,60+10)

Lt = 14,28m

Cálculo da perda de carga na mangueira     

Lt = 15cm

Dtub = 38mm

Ctub = 140

HPmang = J.Lt

HPmang = 0,034x15

HPmang = 0,51 m.c.a

J = ((10,641.QH1^1,85)/(Ctub^1,85.Dtub^4,87))

J = ((10,641.((69,15/6000)^1,85))/(140^1,85.0,038^4,87))

J = 0,034

Método Simplificado

PB = PA + DN(a-b)

PB = 4,566 + 2,85

PB = 7,416 m.c.a

QH2 = 0,2046.d².√P min

QH2 = 0,2046.13².√7,416

QH2 = 94,16 L/min x 30min = 2824,86 L

QH3 = 0,2046.d².√P min

QH3 = 0,2046.13².√7,416+2,85

QH3 = 110,78 L/min x 30min = 3323,64,65 L

QH4 = 0,2046.d².√P min

QH4 = 0,2046.13².√7,416+2,85+2,85

QH4 = 125,22 L/min x 30min = 3458,50 L

QHT = 69,15 + 94,16 + 110,78 + 125,22

QHT = (399,31 L)/60000 = 6,65.10^-3 m³/s

Dtub= 63mm

Ctub = 120

J = ((10,641.Qtotal^1,85)/(Ctub^1,85.Dtub^4,87))

J = ((10,641.(6,65.10^-3)^1,85)/(120^1,85.0,063^4,87))

J = 9,98x10^-3

Lt = Lh + Lv + Lpeças

Lt =  0 + H + 9,4

Lt = 9,4 + H

Perda de carga

1 entrada normal = 0,90m

1 registro gaveta = 0,40m

1 válcula de retenção = 8,10m

TOTAL = 9,40m

PA = PR + DN(r-a) – HP(r-a)

4,566 =  0 + H – [  9,98x10^-3.(9,4+H) ]
4,566 = H – 0,0938 - 9,98x10^-3.H

4,6598 = 0,99002.H

H = 4,70m

Cálculo da reserva técnica de incêndia (RTI)

RTI = QH(mais favorável)∆t

QH4 = 0,2046.d².√P min

QH4 = 0,2046.13².√7,416 + 2,85 +2,85 + 2,85 +2,85 + 2,85 +2,85 + 2,85

QH4 = 180,88 L/min

Obs: ∆t = 30 min (Para os 4 hidrantes mais desfavoráveis)

Para cada hidrante a mais acrescentar 2 min.

RTI = 180,88.36

RTI = 6511,68 L = 6,5m³

Acadêmico: Marcelo Pinho Maciel
Engenharia Civil - UNISUL

Túnel de Vento

O Túnel de Vento é uma instalação que tem por objetivo simular para estudos o efeito do movimento de ar sobre ou ao redor de objetos sólidos.

Túneis de vento são muito utilizados em laboratórios de modelos físicos para a determinação de parâmetros nos projetos de aviões, automóveis, cápsulas espaciais, edifícios, pontes, antenas e outras estruturas de construção civil.

A construção de modelos físicos, em escalas reduzidas foi possível após a descoberta da Teoria da Semelhança Mecânica por Isaac Newton e do Teorema de Bridgman.

Nos modelos aerodinâmicos a semelhança mecânica aplicada é a de Mach, nos modelos hidrodinâmicos de escoamentos em condutos forçados utiliza-se a chamada Semelhança de Reynolds e nos condutos livres (canais, usinas hidrelétricas, vertedores) utiliza-se a chamada Semelhança Mecânica de Froude.

No Brasil, túneis de vento subsônicos pequenos e médios podem ser encontrados em algumas instituições como USP (Universidade de São Paulo), ITA (Instituto Tecnológico da Aeronáutica) e a UNIVAP (Universidade do Vale do Paraíba). Em São Paulo, no IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) existe o maior túnel de vento subsônico de toda a América Latina, que permite aos meteorologistas, por exemplo, simular catástrofes como o Furacão Catarina e, observar como uma construção reage no quesito da aerodinâmica.

Além destes, túneis de ventos supersônicos, para estudos aeroespaciais, podem ser encontrados no ITA, em São José dos Campos, e na UFABC, em Santo André.

Somente duas instituições no Brasil possuem Túneis Hipersônicos que ultrapassam Mach 20 (Vinte vezes a velocidade do som): O Túnel T3 do IEAv-DCTA (Instituto de Estudos Avançados do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial) e outro semelhante, na UNIVAP (Universidade do Vale do Paraíba).

Na construção civil

Ensaios em túneis de vento constituem uma ferramenta confiável para a determinação dos efeitos de cargas de vento sobre estruturas de construção civil, como edifícios, pontes, torres, coberturas, telhados, cabos, chaminés, treliças e outros. Sua aplicação está diretamente relacionada às situações que exigem informações com maior exatidão e confiabilidade ou quando o conhecimento a respeito das cargas de vento recai sobre condições que fogem às previstas nas normas técnicas, tal como a NBR 6123:1998.

Os ensaios em Túnel de Vento realizados com modelos em escala reduzida são importantes para:

• Aumentar a confiabilidade e a efetividade da construção e, também, reduzir os custos de projetos estruturais.
• Permitir a avaliação da influência de outras edificações e coberturas do solo próximas sobre a construção analisada. Neste ponto, é importante assinalar que as construções em grandes metrópoles estão geralmente situadas em zonas de alta densidade de edificações.
• Permitir um estudo mais eficiente sobre a ventilação dos ambientes internos e, portanto, otimizar a distribuição dos espaços para o melhor conforto ambiental.
• Avaliar a qualidade do ar interior em relação à dispersão de poluentes e contaminantes.

Fontes: 

http://pt.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel_de_vento

http://www.ipt.br/solucoes/2-servicos_de_pdi_em_engenharia_do_vento_e_qualidade_do_ar_interior.htm

http://redeglobo.globo.com/sp/tvdiario/diarioecologia/videos

Abaixo link de uma reportagem muito interessante a respeito de utilização de Túnel de Vento na construção civil.


http://www.youtube.com/watch?v=-DdSFoP58LI




Aluno: Leonardo Felisberto Olivier

Medição de vazão no tubo de Venturi

O efeito Venturi (também conhecido como tubo de Venturi) consiste em que um fluido em movimento dentro de um conduto fechado diminui sua pressão ao aumentar a velocidade depois de passar por uma zona de seção menor. Se neste ponto do conduto se introduz o extremo de outro conduto, se produz uma aspiração do fluido contido neste segundo conduto. Este efeito, demonstrado em 1797, recebe seu nome do físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). O efeito Venturi é explicado pelo Princípio de Bernoulli e o princípio de continuidade de massa. Se o caudal de um fluido é constante, mas a seção diminui necessariamente a velocidade aumenta após atravessar esta seção. Pelo teorema da conservação da energia se a energia cinética aumenta, a energia determinada pelo valor da pressão diminui obrigatoriamente.

Para o cálculo da vazão pode-se utilizar a seguinte expressão:

Onde: C = coeficiente que depende do número de Reynolds e da relação             D 2/D1, no entanto, seu valor varia de 0,95 a 0,99, sendo adotado o maior valor para diâmetros maiores.

Esquema do efeito Venturi-

Aplicações do efeito Venture

·         Hidráulica: A depressão gerada em um estreitamento ao aumentar a velocidade do fluido, se utiliza freqüentemente para a fabricação de máquinas que proporcionam aditivos em uma condução hidráulica. É muito freqüente a utilização deste efeito "Venturi" nos misturadores do tipo Z para adicionar espumógenos em uma condução de água para a extinção de incêndios.

·         Aeronáutica: Ainda que o efeito Venturi seja utilizado freqüentemente para explicar a sustentação produzida em asas de aviões o efeito Venturi por si só não é suficiente para explicar a sustentação aérea. Além disso, se utiliza este tubo para prover sucção aos instrumentos que trabalham com vácuo como a trompa de vácuo, de uso laboratorial, coordenador de giro,horizonte artificial,etc.) nos aviões que não estão providos de bombas mecânicas de vácuo.

·         Airsoft: As réplicas usadas neste brinquedo podem ter um sistema chamado HopUp que provoca que o projétil seja arremessado realizando um efeito circular, o que aumenta o alcance efetivo da réplica.

·         Aerógrafo: A aplicação de tinta realizada pelos modelos de sucção é efetuada graças ao efeito.

·         Motor: O carburador aspira ao carburante por efeito Venturi, misturando-o com o ar (fluido do conduto principal), ao passar por um estrangulamento.

·         Purificação de água: Nos equipamentos ozonificadores de água, se utiliza um pequeno tubo Venturi para efetuar uma sucção do ozônio que se produz em um depósito de vidro, e assim misturá-lo com o fluxo de água que sai do equipamento com o intuito de destruir as possíveis bactérias patogenias e de desativar os vírus e outros microorganismos que não são sensíveis à desinfecção com cloro.

·         Tubos de Venturi: Medida de velocidade de fluidos em conduções e aceleração de fluidos.

·         Aquariofilia: Nas tomadas de bombas de água ou filtros, o efeito Venturi é utilizado para a injeção de ar e/ou CO₂.

·         Pneumática: Para aplicações de ventosas e ejetores.

Acadêmico: Edvaldo Silvestri

Experimento de Reynolds - Fluxo laminar

http://www.youtube.com/watch?v=-c-bOm04MnU


Escoamento Laminar
Ocorre quando as partículas de um fluido movem-se ao longo de trajetórias bem definidas, apresentando
lâminas ou camadas (daí o nome laminar). Este escoamento ocorre geralmente a baixas velocidades e em fluídos que apresentem grande viscosidade.

No estudo da hidrodinâmica de fluidos na situação especial de escoamento dito laminar verifica-se que uma esfera posta no interior do fluido não estaria sujeita a qualquer torque aplicado pelo fluido, ou seja, linhas de escoamento tangenciais a quaisquer dois pontos diametralmente opostos da esfera têm velocidades de escoamento iguais. A figura abaixo mostra um caso de escoamento laminar de fumaça colorida. Observe a homogeneidade das linhas de escoamento. No escoamento laminar, sabe-se que variáveis como pressão e densidade têm valores bem definidos e, além disso, satisfazem uma lei de conservação bem definida.

No entanto, escoamento laminar não é o único regime de fluxo no qual um fluido pode estar. Para velocidades suficientemente altas, deve ocorrer uma transição para o chamado regime turbulento, caracterizado por mudanças bruscas e aleatórias de propriedades como pressão e densidade. O irlandês Osborne Reynolds estudou a transição entre escoamento laminar e turbulento no final do século XIX e chegou ao chamado número de Reynolds  

onde ρ é a densidade do fluido, v é a velocidade de escoamento, L é uma dimensão característica envolvida no escoamento, por exemplo, o diâmetro do tubo, ou de uma esfera posta no fluido, etc, e μ é a viscosidade do fluido (medida em Pa s). Verifica-se experimentalmente que o regime de escoamento laminar é caracterizado por números de Reynold menores que aproximadamente 2000, e que para Re > 4000 entra-se no domínio de fluxo turbulento. A região 2000 < Re < 4000 é denominada de transição.

O número de Reynolds pode ser interpretado como a razão entre forças inerciais (ρ v) e forças viscosas (μ/L). O fluxo laminar é então caracterizado pelo domínio das forças de natureza viscosa, enquanto o regime turbulento caracteriza-se pelo predomínio de forças inerciais. A figura abaixo ilustra a transição em questão para a fumaça de um cigarro. Próxima do cigarro, ainda com velocidade baixa, a fumaça sobe em escoamento laminar, mas à medida que a velocidade aumenta (e consequentemente o número de Reynolds), devido à aceleração causada pelo empuxo do ar, atinge-se finalmente o regime turbulento. 

Acadêmica: Karolina Paes de Oliveira

Experimento de Reynolds

Apresentado por Osborne Reynolds, em 1883, tem como função a demonstração da existência de dois regimes de escoamento: o regime laminar e o turbulento. Para tal é utilizado um tubo transparente, no qual a água escoa, partindo de um reservatório onde se encontra em repouso. Um filete de tinta é injetado na corrente de água, permitindo a visualização do escoamento através do comportamento deste filete. Se o filete escoa de forma retilínea ao longo da tubulação, sem ocorrer uma mistura efetiva com a água, então o escoamente é dito laminar. Caso haja uma mistura rápida com a água, resultando no desaparecimento do filete, o escoamento atinge o regime turbulento. Normalmente, em tubulações, admite-se que o escoamento seja laminar para Re < 2300, laminar ou turbulento, dependendo das condições do escoamento na tubulação, para 2300 < Re < 4000. Para Re > 4000, o escoamento atinge o regime turbulento. Re representa o Número de Reynolds (adimensional), sendo dado pelo produto entre a massa específica do fluido, a velocidade média na tubulação, e o diâmetro interno da tubulação, dividido pela viscosidade absoluta do fluido. Para a redução do nível de agitação da água no reservatório é necessário que esta permaneça em repouso por um tempo superior a uma hora, evitando-se assim a formação de escoamentos secundários dentro do tubo. Estes escoamentos secundários promovem distorções no filete de tinta que passa a assumir formas diversas, girando ao longo do eixo central do tubo.

Pressão Hidrostática

Bom vou falar um pouco sobre Pressão Hidrostática. A hidrostática, também é chamada estática dos fluidos. Hidrostática refere-se a água , que foi o primeiro fluido a ser estudado, assim por razões históricas mantém-se o nome é a parte da física que estuda as forças exercidas por e sobre fluidos em repouso.

Pressão Hidrostática 

Considere um volume cubico de água. Estando este em repouso, o peso da água em cima dele necessariamente estará contra balançado pela pressão interna neste cubo. Para um cubo cujo volume tende para zero, ou seja um ponto, esta pressão pode ser expressa por :

P = pgh
em que, usando unidades no sistema SI,
P é a pressão hidrostática em pascal,
p é a massa especifica da água, ou densidade em quilogramas por metro cubico,
g ou a é a aceleração da gravidade em metros por segundo quadrado,
h é a altura do liquido por cima do traço em metros.

No caso de a pressão atmosférica não ser desprezível, é necessário acrescentar o valor de sua pressão, tomando a equação o seguinte aspecto.

P = po + pgh

Pressão Atmosférica 

A pressão Atmosférica é a pressão hidrostática causada pelo peso do ar acima do ponto de medição. Áreas de baixa pressão tem menos massa atmosférica acima do local, enquanto que as áreas de alta pressão tem mais massa atmosférica acima do local. Da mesma forma, quanto maior for a elevação, menos massa atmosférica acima haverá, por isso que a pressão diminui com o aumento da altitude.

Para entender melhor sobre pressão hidrostática veja o vídeo.




Aluno: Jonathan Johnson Heerdt