Como dimensionar drenos de fundo, coadeiras (skimmers) e retornos

A vazão de filtragem sai da piscina por dois caminhos, os drenos de fundo (grelhas no ponto mais baixo) e as coadeiras ou skimmers (bocas na linha d'água que captam a lâmina de superfície), e volta pelos dispositivos de retorno, bocais nas paredes que devolvem a água filtrada. Dimensionar os três é decidir quantos são e conferir a velocidade da água em cada um: no dreno ela tem máximo, por segurança; no retorno ela tem mínimo, para o jato misturar a água.

O que a NBR 10339:2018 pede

• O ralo de fundo (dreno de fundo, 3.34) é item de segurança. A água não pode sair do tanque por um único ralo sem alívio da sucção (5.4.4.8.1 e, f), e o arranjo usual é o do item 5.4.4.8.2 a): no mínimo dois drenos com grelha antiaprisionamento, interligados, a pelo menos 1,5 m de centro a centro e equilibrados hidraulicamente (Figura 10), de modo que o bloqueio de um não aumente a sucção no outro. As grelhas têm aberturas de no máximo 7 mm e a velocidade pelas aberturas é de no máximo 0,5 m/s (5.4.4.9.1 e 5.4.4.10.2). O UnMEP Pool adota os mesmos 0,50 m/s e 2 drenos como mínimo.
• As coadeiras (skimmers, 3.16) captam a camada de superfície, onde fica a sujeira flutuante. A norma recomenda uma coadeira a cada 25 m² de superfície em piscinas públicas, coletivas e de hospedaria e a cada 50 m² nas residenciais privativas e residenciais coletivas (5.4.4.11 e), e exige que a tubulação das coadeiras conduza pelo menos 80 % da vazão de projeto (5.4.4.11 d). O Pool adota os mesmos 50 e 25 m² e os 80 %.
• Os bocais de retorno (3.9) devem recircular a água de forma homogênea por todo o volume, sem estagnação (5.4.4.12.1 a, b). A norma pede um bocal a cada 50 m² de superfície ou a cada 50 m³ de água, arredondando para cima, no mínimo dois (5.4.4.12.1 f, g), velocidade de saída de no mínimo 3 m/s (e), regulagem de vazão (d) e instalação pelo menos 30 cm abaixo do nível da água (5.4.4.12.2 b). O Pool usa o maior dos dois critérios de quantidade e confere a velocidade no bocal.

Passo 1: vazão de filtragem

Tudo parte da vazão $Q$ em m³/h, volume ÷ tempo máximo de filtragem: veja Volume e tempo de filtragem.

Passo 2: drenos de fundo

A velocidade na grelha é a vazão do dreno dividida pela área livre da grelha (a área do dispositivo vezes a porcentagem de abertura):

$$v_{dreno} = \frac{Q / n}{3600 \; A_{livre}}$$

com $Q$ em m³/h, $n$ drenos, $A_{livre}$ em m². Com a área em cm², como o Pool mostra, a mesma fórmula fica $v = (Q/n) / (A_{livre} \times 0{,}36)$, porque 1 m²/3 600 s = 1 cm²/0,36 s.

Da velocidade máxima de 0,5 m/s pelas aberturas da grelha (5.4.4.9.1) sai a área livre mínima de cada dreno:

$$A_{min} = \frac{Q / n}{3600 \times 0{,}50} \; [\text{m²}] = \frac{Q}{0{,}18 \; n} \; [\text{cm²}]$$

A área da grelha é $\pi D^2/4$ para dreno circular ou $L_1 \times L_2$ para retangular; a porcentagem de abertura é do catálogo da grelha (grelhas de dreno de piscina ficam em geral entre 50 e 80 %). Se a velocidade passar de 0,50 m/s, aumente o diâmetro, a quantidade de drenos ou a abertura da grelha. A norma manda ainda respeitar a vazão máxima gravada na própria grelha pelo fabricante, obtida em ensaio (5.4.4.9.1 e 5.4.4.10.1 b), e deixar entre a grelha e o topo do tubo de sucção uma altura de pelo menos 1,5 vez o diâmetro do tubo (5.4.4.9.2, Figura 15).

Passo 3: coadeiras

$$n_{coad} \geq \frac{A}{A_{coad}} \qquad A_{coad} = \begin{cases} 50 \text{ m²} & \text{privativa, residencial coletiva} \\ 25 \text{ m²} & \text{pública coletiva, hospedaria, alta taxa de ocupação} \end{cases}$$

arredondando para cima (os 25 e 50 m² são a recomendação do item 5.4.4.11 e). A vazão que cada coadeira aspira é a parte da vazão de filtragem que vem pela superfície: a norma pede que a tubulação das coadeiras conduza pelo menos 80 % da vazão de projeto (5.4.4.11 d), e o Pool adota exatamente 80 % pelas coadeiras e 20 % pelos drenos de fundo.

$$Q_{coad} = \frac{0{,}8 \; Q}{n_{coad}}$$

Confira $Q_{coad}$ contra a vazão máxima do catálogo da coadeira (um skimmer residencial comum trabalha na faixa de 5 a 8 m³/h). Se passar, mais coadeiras. Distribua-as pelo esquema de circulação, pelo formato do tanque e pela direção dos ventos predominantes (5.4.4.11 c); e, se a sucção da bomba for feita só pelas coadeiras, sem dreno de fundo, a norma exige no mínimo duas (5.4.4.8.2 b).

Passo 4: dispositivos de retorno

Quantidade mínima: a norma pede um bocal a cada 50 m² de superfície ou a cada 50 m³ de água, arredondando para cima, nunca menos de dois (5.4.4.12.1 f, g). O Pool toma o maior dos três:

$$n_{ret} = \max\left(\left\lceil \frac{A}{50} \right\rceil,\; \left\lceil \frac{V}{50} \right\rceil,\; 2\right)$$

com $A$ em m² e $V$ em m³. A vazão de cada retorno é a vazão de filtragem dividida igualmente:

$$Q_{ret} = \frac{Q}{n_{ret}}$$

E a velocidade no orifício do bocal, com $Q_{ret}$ em m³/h e o diâmetro $d$ em mm:

$$v_{ret} = \frac{Q_{ret} \times 1000 / 3{,}6}{\pi \, d^2 / 4} \; [\text{m/s}]$$

A norma pede $v_{ret} \geq 3$ m/s na saída do bocal (5.4.4.12.1 e), e o Pool confere isso: abaixo disso o jato não tem alcance para misturar a água e a piscina fica com zonas paradas. Para subir a velocidade, diminua o orifício (os bocais vêm com orifícios de 15 a 25 mm; a troca da parte com orifício é uma das formas de regulagem que a norma prevê, 5.4.4.12.2 c) ou use menos retornos; para descer, o contrário. Instale os bocais pelo menos 30 cm abaixo do nível da água, quando a altura do tanque permitir (5.4.4.12.2 b).

Exemplo resolvido

Piscina privativa de 8 × 4 m (32 m²), 44,8 m³, vazão de filtragem de 5,6 m³/h (do artigo anterior).

Passo 2: drenos de fundo

2 drenos circulares de 15 cm com grelha de 78 % de abertura.

Área livre mínima de cada dreno:

$$\boldsymbol{A_{min} = \frac{Q}{0{,}18 \; n}}$$$$A_{min} = \frac{5{,}6}{0{,}18 \times 2} = 15{,}6 \text{ cm²}$$

Área livre da grelha:

$$\boldsymbol{A_{livre} = \frac{\pi D^2}{4} \times \text{abertura}}$$$$A_{livre} = \frac{\pi \times 15^2}{4} \times 0{,}78 = 176{,}7 \times 0{,}78 = 137{,}8 \text{ cm²}$$

Velocidade na grelha:

$$\boldsymbol{v_{dreno} = \frac{Q / n}{A_{livre} \times 0{,}36}}$$$$v_{dreno} = \frac{5{,}6 / 2}{137{,}8 \times 0{,}36} = 0{,}06 \text{ m/s}$$

12 % do limite de 0,50 m/s: aprovado com folga. Numa piscina residencial o dreno de fundo é definido pela segurança (dois drenos interligados a pelo menos 1,5 m um do outro, com grelha antiaprisionamento), não pela vazão.

Passo 3: coadeiras

Quantidade de coadeiras:

$$\boldsymbol{n_{coad} = \left\lceil \frac{A}{A_{coad}} \right\rceil}$$$$n_{coad} = \left\lceil \frac{32}{50} \right\rceil = 1$$

Vazão de cada coadeira:

$$\boldsymbol{Q_{coad} = \frac{0{,}8 \; Q}{n_{coad}}}$$$$Q_{coad} = \frac{0{,}8 \times 5{,}6}{1} = 4{,}48 \text{ m³/h}$$

Uma coadeira de 5 m³/h atende. Em piscinas compridas vale colocar duas, uma em cada extremo a sotavento, mesmo que a conta dê uma; e se a sucção fosse só pelas coadeiras, sem dreno, a norma exigiria duas (5.4.4.8.2 b).

Passo 4: retornos

Quantidade de retornos:

$$\boldsymbol{n_{ret} = \max\left(\left\lceil \frac{A}{50} \right\rceil,\; \left\lceil \frac{V}{50} \right\rceil,\; 2\right)}$$$$n_{ret} = \max(\lceil 32/50 \rceil, \lceil 44{,}8/50 \rceil, 2) = \max(1, 1, 2) = 2$$

Vazão de cada retorno:

$$\boldsymbol{Q_{ret} = \frac{Q}{n_{ret}}}$$$$Q_{ret} = \frac{5{,}6}{2} = 2{,}8 \text{ m³/h}$$

Velocidade no orifício, com bocal de 22 mm:

$$\boldsymbol{v_{ret} = \frac{Q_{ret} \times 1000 / 3{,}6}{\pi \, d^2 / 4}}$$$$v_{ret} = \frac{2{,}8 \times 277{,}8}{\pi \times 11^2} = \frac{777{,}8}{380{,}1} = 2{,}05 \text{ m/s}$$

Abaixo de 3 m/s. Mesma fórmula, com orifício de 18 mm:

$$v_{ret} = \frac{777{,}8}{254{,}5} = 3{,}06 \text{ m/s}$$

Aprovado. A piscina fica com 2 retornos de 18 mm, a 0,30 m abaixo da lâmina d'água.

Como o UnMEP Pool calcula

Tudo na aba Sistemas de Filtragem › Dispositivos, a partir da Vazão de Cálculo, do Volume, da Área e da tipologia das Definições de Projeto:

1. Drenos de Fundo: V MÁXIMA fixa em 0,50 m/s; Quantidade de 02 a 10 (padrão 2); Geometria Circular ou Retangular; % ABERTURA (padrão 78); ØDN em cm (padrão 15) ou Lado 01 e Lado 02. Área Mínima (cm²) = Vazão de Cálculo ÷ 0,18 ÷ quantidade. V DRENO = (Vazão de Cálculo ÷ quantidade) ÷ (área da grelha × abertura) ÷ 0,36. A barra fica verde até 75 % de 0,50 m/s, amarela de 75 a 99 % e vermelha a partir de 100 %.
2. Coadeiras / Skimmers: a Quantidade sugerida é área ÷ 50 (privativa, residencial coletiva) ou área ÷ 25 (demais), arredondada para cima; aceita de 0 a 10. Fica vermelha se quantidade × 50 (ou 25) for menor que a área. Vazão Coadeira = 0,80 × Vazão de Cálculo ÷ quantidade.
3. Dispositivos de Retorno: a Quantidade sugerida é o maior entre área ÷ 50, volume ÷ 50 e 2, arredondado para cima; aceita de 2 a 20 e fica vermelha abaixo da sugerida. Vazão D RETORNO = Vazão de Cálculo ÷ quantidade. ØDN do Orifício em mm (padrão 22). V RETORNO = Vazão D RETORNO × (1000 ÷ 3,6) ÷ (π × (ØDN ÷ 2)²), verde a partir de 3 m/s, vermelha abaixo.
4. Os mesmos campos de dreno aparecem nas abas de Cascata, Hidromassagem e Borda Infinita, cada uma com a própria vazão e com abertura padrão de 50 %.
5. No cálculo da motobomba, o Pool grava em cada dreno e em cada retorno selecionados no modelo o parâmetro UnMEP: Vazão com a vazão de cálculo dividida igualmente entre eles (as coadeiras não entram no percurso da bomba). Veja Motobomba.

Passo a passo no plugin: Como dimensionar os drenos de fundo?, Como dimensionar coadeiras e dispositivos de retorno? e Entenda: as barras e cores de verificação.

Perguntas frequentes

Por que dois drenos de fundo se um já dá a vazão? Segurança. Com dois drenos interligados e afastados (no mínimo 1,5 m, 5.4.4.8.2 a), se um for bloqueado (por uma pessoa, por exemplo) a sucção continua pelo outro e a pressão sobre quem bloqueou não sobe. A velocidade baixa na grelha é a segunda proteção. A norma admite um dreno só em duas situações: com tanque intermediário de sucção indireta (5.4.4.8.2 c, Figura 14) ou com grelha não bloqueável de no mínimo 46 × 59 cm (5.4.4.8.2 d e 5.4.4.10.5).

Posso fazer a piscina só com coadeiras, sem dreno de fundo? A norma admite: a captação pode ser só pela superfície, por coadeiras ou canaletas, com vazão adequada à bomba e, no caso das coadeiras, no mínimo duas (5.4.4.8.2 b). O dreno de fundo continua sendo o que renova a água do fundo, onde a sujeira pesada decanta, e o caminho para esvaziar a piscina. Piscinas de transbordo (borda infinita) captam tudo pela canaleta, e a norma diz que nelas a coadeira não se aplica (nota do 5.4.4.11).

Qual a vazão de uma coadeira? Depende do modelo: skimmers residenciais de boca larga atendem entre 5 e 8 m³/h. Compare com a vazão por coadeira calculada (80 % da vazão de filtragem dividida pelo número de coadeiras).

Fontes

• ABNT NBR 10339:2018 (versão corrigida 2019), Piscina: projeto, execução e manutenção: itens 3.9, 3.16, 3.25, 3.34, 5.4.4.8 (sucção), 5.4.4.9 (ralos de fundo), 5.4.4.10 (grelhas antiaprisionamento), 5.4.4.11 (coadeiras) e 5.4.4.12 (bocais de retorno).
• Macintyre, A. J. Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais. LTC, 4ª ed.
• Catálogos de drenos, coadeiras e dispositivos de retorno (Sodramar, Jacuzzi, Dancor): área livre das grelhas, vazão por coadeira e orifícios dos bocais.