Como dimensionar o alimentador predial (NBR 5626)

O alimentador predial é o tubo que vai do hidrômetro (ou do ponto de entrega da concessionária) até a torneira boia do reservatório. Dimensionar o alimentador é responder a três perguntas, nesta ordem:

1. Quanta água precisa passar por ele (a vazão de projeto).
2. Qual diâmetro dá essa vazão numa velocidade aceitável.
3. Quanta pressão sobra na torneira boia depois de vencer o hidrômetro, o desnível e as perdas de carga, e se isso basta para a boia funcionar.

O que a NBR 5626:2020 pede

• Tempo de reposição. A vazão de abastecimento do reservatório tem de repor o volume destinado ao consumo diário em até 6 horas. Em residência unifamiliar, em até 3 horas (item 6.7.2). A edição de 1998 (5.3.3) dividia a capacidade do reservatório pelo tempo de enchimento, com até 6 h em grandes reservatórios e menos de 1 h em residências unifamiliares; a de 2020 passou a contar pelo consumo diário.
• Pressão. O alimentador é projetado para a pressão máxima e mínima da fonte de abastecimento: resistência mecânica para a máxima, capacidade de vazão (a de 6.7.2) com a mínima, e componentes que funcionem sem ruído nas duas (6.5.3.1). A pressão estática nos pontos de utilização não pode passar de 400 kPa (40 mca) (6.9.5). Na extremidade de jusante o alimentador recebe a torneira boia (ou outro controle automático de admissão, com ajuste de nível e proteção contra refluxo, 6.5.8.1), e a pressão dinâmica disponível nela tem de ser pelo menos a que o fabricante da boia exige para a vazão de projeto. Antes do reservatório vai um registro de fechamento (6.5.8.2).
• Velocidade. A norma pede velocidades que não gerem ruído acima da NBR 10152 nem golpe de aríete prejudicial; a nota de 6.8.3 cita o limite usual de 3 m/s. No alimentador, porém, as concessionárias costumam exigir uma faixa bem mais baixa, de 0,6 a 1,0 m/s, para não gerar ruído e golpe no ramal e para o hidrômetro medir certo. É essa faixa que vale na prática.
• Ponto de partida. As pressões mínima e máxima no hidrômetro são as que a concessionária informa (6.5.3.1), e as exigências dela também valem (6.5.1.1). Sem informação, adota-se 10 mca: a NBR 12218 (item 5.4.1) fixa para as redes públicas de distribuição a pressão dinâmica mínima de 100 kPa e a estática máxima de 500 kPa (50 mca).

Passo 1: consumo diário

O consumo diário ($CD$, em litros por dia) é a soma de cada contribuição: população ou unidade de referência vezes o consumo unitário da ocupação (pessoa, lugar, refeição, m²).

$$CD = \sum (\text{quantidade} \times \text{consumo unitário})$$

Os valores por ocupação (150 a 250 L por pessoa em residências, 50 L por pessoa em escolas e escritórios, 2 L por lugar em cinemas…) estão em Consumo diário. É o mesmo consumo que dimensiona o reservatório.

Passo 2: vazão de projeto

A vazão de projeto ($Q$) é o consumo diário dividido pelo tempo de reposição ($t$, em horas):

$$Q = \frac{CD}{t \times 3600} \quad [\text{L/s}]$$

Com $t = 6$ h (ou 3 h em residência unifamiliar), essa é a vazão que atende ao item 6.7.2 da norma.

Passo 3: diâmetro

Da equação da continuidade, para a velocidade $v$ escolhida (0,6 a 1,0 m/s):

$$D = \sqrt{\frac{4\,Q}{\pi\,v}}$$

com $Q$ em m³/s, $v$ em m/s e $D$ em metros. O resultado é o diâmetro interno mínimo. Escolhe-se então o tubo comercial cujo diâmetro interno é igual ou o primeiro acima dele. Para PVC soldável (NBR 5648), os diâmetros que o UnMEP Aqua usa são:

Os oito primeiros batem com as espessuras de parede da NBR 5648 (1,5 / 1,7 / 2,1 / 2,4 / 3,0 / 3,3 / 4,2 / 4,7 mm). O DN 110 tem parede de 6,1 mm, logo 97,8 mm internos; o 87,8 do Aqua é um erro de digitação, que só pesa no cálculo de alimentadores muito grandes.

Velocidade menor dá tubo maior e menos perda de carga; velocidade maior dá tubo menor e mais perda. Dentro da faixa da concessionária, as duas são válidas: a escolha fecha no passo 4.

Passo 4: pressão na torneira boia

A água sai do hidrômetro com a pressão da concessionária e, até a boia, perde pressão no próprio hidrômetro, no atrito com o tubo e com as conexões, e ganha ou perde com o desnível. Trecho a trecho:

$$P_f = P_i + (z_i - z_f) - J\,(L + L_{eq}) - \Delta h_{hid} + P_{ad}$$

• $P_i$ e $P_f$: pressão no início e no fim do trecho (mca). No primeiro trecho, $P_i$ é a pressão da concessionária.
• $z_i$ e $z_f$: cota do início e do fim do trecho (m). Subir custa pressão, descer devolve.
• $J$: perda de carga unitária (mca/m), por Darcy-Weisbach com Colebrook-White ou por Fair-Whipple-Hsiao. As duas fórmulas, a rugosidade de cada material e a viscosidade estão em Perda de carga.
• $L$: comprimento real do trecho; $L_{eq}$: comprimento equivalente das conexões (registro, joelho, tê), tabelado por diâmetro.
• $\Delta h_{hid}$: perda localizada do hidrômetro na vazão de projeto, do catálogo do fabricante.
• $P_{ad}$: só se houver pressurizador no caminho. Veja Pressurizadores.

A pressão final na boia é a pressão disponível. Ela tem de ser maior ou igual à pressão que a torneira boia exige na vazão de projeto, lida na curva pressão × vazão do fabricante. Se não é:

• aumente um diâmetro comercial: a perda unitária cai muito, porque varia com o diâmetro elevado a −4,75 (um DN acima costuma cortar a perda pela metade ou mais);
• reduza conexões e o comprimento do traçado;
• escolha uma boia de menor pressão de abertura;
• se nem assim fecha, a rede da rua não alimenta esse reservatório por gravidade: o caminho é reservatório inferior e recalque. Veja Motobomba.

Exemplo resolvido

Edifício residencial de padrão médio com 12 apartamentos de 4 pessoas, alimentador em PVC soldável, concessionária informando 10 mca no hidrômetro.

Passo 1: consumo diário

48 pessoas a 200 L por pessoa por dia:

$$\boldsymbol{CD = n \times c}$$$$CD = 48 \times 200 = 9\,600 \text{ L/dia}$$

Passo 2: vazão de projeto

Edifício: tempo de reposição de 6 h.

$$\boldsymbol{Q = \frac{CD}{t \times 3600}}$$$$Q = \frac{9\,600}{6 \times 3600} = 0{,}444 \text{ L/s}$$

Para comparar, a vazão de 24 h seria $9\,600 / 86\,400 = 0{,}111$ L/s, quatro vezes menor.

Passo 3: diâmetro

Velocidade adotada 0,8 m/s:

$$\boldsymbol{D = \sqrt{\frac{4\,Q}{\pi\,v}}}$$$$D = \sqrt{\frac{4 \times 0{,}000444}{\pi \times 0{,}8}} = 0{,}0266 \text{ m} = 26{,}6 \text{ mm}$$

O primeiro PVC com interno igual ou acima de 26,6 mm é o DN 32 (interno 27,8 mm). A velocidade real fica em $0{,}73$ m/s, dentro da faixa.

Passo 4: pressão na boia

Comprimento equivalente das conexões pela tabela A.3 da NBR 5626:1998 para DN 32 (o registro de gaveta aberto é de passagem plena e a norma manda desprezar a perda dele, A.2.3):

$$\boldsymbol{L_{eq} = \sum L_{eq,i}}$$$$L_{eq} = 2 \times 2{,}0 + 2 \times 0{,}5 + 1{,}5 = 6{,}5 \text{ m}$$

Perda unitária por Fair-Whipple-Hsiao (NBR 5626:1998, A.2.1, convertida de kPa/m para mca/m), com $Q$ em L/s e $D$ em mm:

$$\boldsymbol{J = 8{,}69 \times 10^{5} \times \frac{Q^{1{,}75}}{D^{4{,}75}}}$$$$J = 8{,}69 \times 10^{5} \times \frac{0{,}444^{1{,}75}}{27{,}8^{4{,}75}} = 0{,}029 \text{ mca/m}$$

(Por Darcy-Weisbach, com rugosidade 0,06 mm, dá 0,0295 mca/m: praticamente igual.)

Pressão na torneira boia, do hidrômetro até a boia, 1,2 m acima:

$$\boldsymbol{P_f = P_i + (z_i - z_f) - J\,(L + L_{eq}) - \Delta h_{hid}}$$$$P_{\text{boia}} = 10 + (0 - 1{,}2) - 0{,}029 \times (18 + 6{,}5) - 1{,}5 = 6{,}6 \text{ mca}$$

Se a curva do fabricante da boia de 1" pede, por exemplo, 3,5 mca em 0,44 L/s, sobram 3,1 mca: aprovado.

Os três diâmetros vizinhos, no mesmo traçado, mostram por que o passo 3 e o passo 4 se fecham juntos: DN 25 ainda passa na pressão, mas estoura a velocidade da concessionária; DN 40 sobra pressão, mas a água anda devagar demais; DN 32 atende aos dois.

Como o UnMEP Aqua calcula

O Aqua faz os quatro passos na tela Sistemas de Abastecimento › Alimentador Predial, com a mesma sequência e as mesmas fórmulas deste artigo:

1. Consumo diário vem das contribuições lançadas em Reservatórios, editável se este alimentador atende só parte do consumo.
2. Tempo de reposição começa em 6 h e aceita de 0,5 a 24 h. Acima de 3 h o campo fica amarelo (limite de residência unifamiliar); acima de 6 h, vermelho (limite geral da norma). A vazão de projeto aparece na hora, em L/s.
3. Velocidade num controle de 0,6 a 1,0 m/s (padrão 0,8). O diâmetro sugerido é o primeiro PVC da tabela acima com interno igual ou maior que o calculado. É uma sugestão: o cálculo de pressão usa o diâmetro desenhado no Revit.
4. Calcular anda pelo modelo a partir do hidrômetro com a pressão da concessionária das Definições de Projeto, lê o comprimento real de cada tubo, o comprimento equivalente de cada conexão do UnMEP e a perda localizada do hidrômetro, e aplica a equação trecho a trecho com Darcy-Weisbach ou Fair-Whipple-Hsiao, conforme as Configurações Gerais. O resultado é a pressão disponível na torneira boia e um memorial com exatamente as colunas da equação: Q, DN, V, perda unitária, cota inicial e final, ΔH, comprimentos real e equivalente, perdas distribuída, localizada e total, pressão inicial e final.
5. Selecionar boia abre o catálogo de torneiras boia da nuvem, lê na curva de cada modelo a pressão exigida na vazão de projeto e marca como RECOMENDADO o que cabe na pressão disponível. Ele avisa quando a boia pede mais que a concessionária oferece, mais que 40 mca, ou tem bitola diferente do diâmetro do alimentador.

Passo a passo no plugin: Como dimensionar o alimentador predial?, Como montar o conjunto de itens do alimentador?, Como escolher a torneira boia? e Entenda: as pressões de partida e o nível de referência.

Perguntas frequentes

Posso dimensionar pela vazão de 24 h? Não para atender à NBR 5626:2020. A norma pede reposição em até 6 h (3 h em residência unifamiliar), item 6.7.2. A vazão de 24 h é uma referência de mínimo, não a de projeto.

Qual velocidade adotar? A que a concessionária local exigir. Sem exigência, 0,8 m/s é um meio-termo: 0,6 m/s dá tubo maior e menos perda; 1,0 m/s dá tubo menor e mais perda.

A pressão da rua não chega na boia. E agora? Primeiro aumente um diâmetro e tire conexões do traçado. Se ainda não fecha, o reservatório está alto demais para a rede: adote reservatório inferior com recalque, ou um pressurizador no alimentador, com autorização da concessionária.

O alimentador precisa ter o mesmo diâmetro do ramal do hidrômetro? Não. O ramal predial e o hidrômetro são da concessionária, dimensionados por ela pelo consumo mensal. O alimentador é do projeto e pode ser maior que o hidrômetro; só não faz sentido ser menor.

Fontes

• ABNT NBR 5626:2020, Sistemas prediais de água fria e água quente: projeto, execução, operação e manutenção (6.5.3, 6.5.8, 6.7.2, 6.8, 6.9.5).
• ABNT NBR 5626:1998, Instalação predial de água fria (5.3.3, tempo de enchimento; A.2.1, Fair-Whipple-Hsiao; tabela A.3, comprimentos equivalentes).
• ABNT NBR 12218:1994, Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público: procedimento (item 5.4.1; a edição de 2017 mantém os limites).
• ABNT NBR 5648, Tubos e conexões de PVC-U com junta soldável para sistemas prediais de água fria: requisitos (DE 20 a 110 mm, pressão nominal 750 kPa).
• Porto, R. M. Hidráulica Básica. EESC-USP, 2006 (Darcy-Weisbach, Colebrook-White e Fair-Whipple-Hsiao).
• Azevedo Netto, J. M. Manual de Hidráulica. Blucher, 8ª ed. (coeficiente de Fair-Whipple-Hsiao para PVC).
• Creder, H. Instalações Hidráulicas e Sanitárias. LTC, 1991 (consumo diário por ocupação).