A gravidade nem sempre é uma boa ideia
Pelo Gestor de Produto Ralf Schomäcker
Mover enormes quantidades de solo. Colocar a
tubagem de drenagem e mover as linhas de esgoto.
Atravessar pavimentos em betão. A drenagem por
gravidade de águas residuais tradicional pode ser
muito dispendiosa, vulnerável a água de retorno e de
difícil execução – sobretudo no caso de renovação de
edifícios.
Uma estação elevatória como a Multilift da Grundfos
representa uma solução muito mais flexível para os
problemas que o tratamento de águas residuais pode
criar num edifício renovado, convertido ou novo. De
fácil instalação e manutenção, uma estação elevatória
proporciona décadas de funcionamento isento de
problemas - incluindo protecção contra água de
retorno.
Nova solução:
É colocada uma estação elevatória Multilift no interior
do edifício para efectuar a recolha e a descarga de
todas as águas residuais geradas abaixo do nível da
superfície e para proteger o edifício de inundações
provocadas por água de retorno. A tubagem de
compressão deve completar o circuito acima do nível
máximo da água de retorno, que normalmente é o
nível do solo. Com esta solução 100% segura, o edifício
nunca mais terá de ser evacuado durante inundações,
visto que o Multilift simplesmente continua a bombear
as águas residuais para a rede de drenagem inundada.
As águas residuais com origem acima do nível do solo
(nível máximo de água de refluxo) são encaminhadas
directamente para a rede de drenagem por gravidade.
Consulte a ilustração seguinte.
Desta vez, na rubrica Em Termos Técnicos, vamos
analisar as vantagens das estações elevatórias,
demonstrar como é que as redes de águas residuais
pressurizadas se podem combinar com sistemas por
gravidade de edifícios comerciais e apresentar algumas
indicações acerca do dimensionamento correcto.
Desafio:
Drenar águas residuais de um ou mais níveis
subterrâneos de um edifício para uma rede de
drenagem por gravidade.
Solução tradicional:
Instalação de um poço de drenagem em profundidade
no exterior do edifício ou de tubagem por gravidade
inacessível sob a placa de betão das fundações. É
necessário proceder a escavações extensas por baixo
e em redor do edifício para executar a ligação com as
tubagens.
Solução através da qual uma estação elevatória bombeia águas residuais
para a tubagem de drenagem por gravidade do sistema sanitário acima do
nível do solo. A estação elevatória pode ser colocada no nível subterrâneo
mais baixo ou abaixo deste.
Solução tradicional por gravidade com tubagem de drenagem em
profundidade.
As estações elevatórias como a Multilift da Grundfos
oferecem vantagens significativas em relação a
muitos tipos diferentes de construção – tanto novas
construções como renovações – dado que a sua
instalação simples pode ajudar a reduzir custos. Por
exemplo, no caso de uma loja ser transformada num
restaurante com instalações sanitárias subterrâneas.
Neste caso, uma estação elevatória iria recolher as
águas residuais de todas as novas aplicações sanitárias
abaixo do nível do solo e bombeá-las para a tubagem
por gravidade existente por baixo do tecto da cave.
Isto evita os custos de atravessar o tecto da cave em
betão ou de cavar um poço no exterior do edifício para
instalar nova tubagem de drenagem.
Estações elevatórias
As dimensões dos depósitos e o rendimento das
bombas de estações elevatórias como a Multilift da
Grundfos podem ser adaptados a qualquer edifício.
Destinadas para utilização no interior de edifícios, vêm
totalmente pré-montadas com um controlador, o que
facilita significativamente a instalação. Basta posicionar
a unidade, ligar a tubagem de entrada e de saída,
montar o controlador na parede – e a instalação está
concluída.
Quadro 2: Unidades de descarga (DU)
Aplicação
SISTEMA I
Sistema II
Sistema III
Sistema IV
DU
DU
UD
DU
I/S
I/S
I/S
I/S
Lavatório, bidé
0,5
0,3
0,3
0,3
Chuveiro sem tampão
0,6
0,4
0,4
0,4
Chuveiro com tampão
0,8
0,5
1,3
0,5
Urinol individual com reservatório
0,8
0,5
0,4
0,5
Urinol com válvula de descarga
0,5
0,3
-
0,3
Coluna de urinóis
0,2*
0,2*
0,2*
0,2*
Banheira
0,8
0,6
1,3
0,5
Lavatório de cozinha
0,8
0,6
1,3
0,5
Máquina de lavar louça (doméstica)
0,8
0,6
0,2
0,5
Máquina de lavar roupa com capacidade até 6 Kg
0,8
0,6
0,6
0,5
Máquina de lavar roupa com capacidade até 12 Kg
1,5
1,2
1,2
1,0
Sanita com reservatório de 4,0 l
**
1,8
**
**
Sanita com reservatório de 6,0 l
2,0
1,8
1,2 a 1,7***
2,0
Sanita com reservatório de 7,5 l
2,0
1,8
1,4 a 1,8***
2,5
Sanita com reservatório de 9,0 l
2,5
2,0
1,6 a 2,0***
2,5
Ralo de pavimento DN 50
0,8
0,9
-
0,6
Ralo de pavimento DN 70
1,5
0,9
-
1,0
Ralo de pavimento DN 100
2,0
1,2
-
1,3
*
**
***
-
por pessoa
não permitido
consoante o modelo (válido apenas para sanitas com reservatório de autoclismo de cifão)
não utilizado ou dados não disponíveis
Nota: Os valores no quadro são apresentados apenas para fins de cálculo e não se referem a caudais de descarga de aplicações sanitárias mencionadas nas
normas do produto.
O funcionamento da estação elevatória é totalmente
automático e inicia-se assim que as águas residuais
atinjam um nível pré-determinado no depósito. Numa
unidade com duas bombas – recomendada no caso
de todas as aplicações em edifícios comerciais – o
controlador assegura um funcionamento alternado,
para que as águas residuais sejam drenadas mesmo que
uma das bombas necessite de manutenção.
As estações elevatórias Multilift e todas as ligações da
estação são totalmente estanques à água e pressão
para impedir fugas. Os depósitos robustos são feitos
de uma única peça de polietileno resistente às águas
residuais e existe uma tubagem de ventilação ligada ao
sistema de drenagem do edifício para tornar o sistema
completamente inodoro. Uma vez instalada, uma
estação elevatória como a Multilift proporciona um
funcionamento isento de problemas durante décadas.
Com data de lançamento prevista para finais de 2011,
a nova geração de estações elevatórias Multilift irá
apresentar muitas características inovadoras que irão
aumentar ainda mais a fiabilidade e facilitar ainda mais
a instalação, reparação e manutenção. Com depósitos
com volume entre 44 l e 1350 l e com uma potência
entre 1,5 kW e 2x10 kW, a série Multilift garante a
drenagem de qualquer edifício, seja ele uma pequena
residência unifamiliar ou um grande edifício comercial.
Como dimensionar uma Multilift
Ao dimensionar uma estação elevatória, é necessário
determinar o caudal de águas residuais, a dimensão da
tubagem de compressão e o ponto de funcionamento.
Vamos, de seguida, analisar estes cálculos passo a
passo.
Em primeiro lugar, é necessário determinar o volume
de águas residuais que a estação elevatória terá de
drenar. A norma internacional EN12056-2 inclui um
quadro e uma fórmula que ajuda a calcular o volume
de águas residuais produzido num edifício através das
respectivas aplicações sanitárias.
A descarga de águas residuais não é constante mas
varia ao longo do dia. Tenha em atenção que o sistema
de eliminação de águas residuais necessita de ser
concebido de forma a suportar picos de caudal. Os
valores no quadro da norma EN12056-2 tem em
consideração os picos de caudal.
Some os valores de todas as suas unidades de descarga
Caudal de águas residuais
% Q
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
t
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Hora
(DU) no quadro 2. O resultado final é aplicado na
seguinte fórmula:
Qww =
K
DU
Qww =
K
=
ΣDU =
Caudal de águas residuais (I/S)
Factor de frequência
Soma das unidades de descarga
É possível determinar o factor de frequência K,
consultando o quadro abaixo:
Quadro 3: Factores de frequência típicos (K)
Utilização das aplicações
K
Utilização irregular, por exemplo, em residências, casas de
hóspedes, escritórios
0,5
Utilização frequente, por exemplo, em hospitais, escolas,
restaurantes, hotéis
0,7
Utilização regular, por exemplo, em sanitários públicos e/ou
chuveiros
1,0
Utilização especial, por exemplo, em laboratórios
1,2
O factor de frequência e o volume calculado de águas
residuais são utilizados para determinar o caudal das
águas residuais Qww que entra na estação elevatória e
necessita de ser descarregado.
No passo 2, é necessário proceder ao dimensionamento
da tubagem de compressão.
Para isso é preciso saber o comprimento, altura e
dimensões da tubagem de compressão. A figura
demonstra a correlação:
Só é necessário ter em conta as partes da tubagem de
H
2
10,0 m
3
Hp
H geo
H tot
Hv
1
Hgeo = 4,0 m
Q
bomba (2) e a curva da tubagem (1) se intersectam.
Tenha em atenção que a capacidade de drenagem neste
ponto deve ser sempre igual ou superior ao caudal de
águas residuais Qww calculado.
Calcular o volume do depósito
As estações elevatórias têm um volume de depósito
limitado e os motores exteriores ao depósito são
concebidos para um funcionamento intermitente, dado
que não estão submersos num meio de arrefecimento e é igualmente necessário ter isto em consideração.
descarga onde as águas residuais não são bombeadas
por gravidade. Tenha igualmente em conta que a perda
por fricção é reduzida em 2/3 sempre que se aumenta
o diâmetro da tubagem, o que significa que também é
possível poupar dinheiro na drenagem caso se escolha
uma tubagem de maiores dimensões. Não se exceda
– para manter um efeito de limpeza automática na
tubagem de compressão, as águas residuais devem fluir
com uma velocidade mínima de 0,7 m/s.
No passo 3 determina-se o ponto de funcionamento.
O caudal de águas residuais Qww calculado, as
dimensões da tubagem de compressão, o comprimento
e a altura geométrica compõem a chamada curva do
sistema (curva 1 no diagrama seguinte). Programas de
computador como o WebCAPS da Grundfos calculam
automaticamente a curva da tubagem com base nos
parâmetros anteriores e identificam as bombas mais
adequadas, indicadas na curva 2 do diagrama seguinte.
O ponto de funcionamento é o ponto onde a curva da
A dimensão da bomba é influenciada pelo volume real
do depósito entre os níveis de arranque e de paragem
(Veff) e pelo tempo de funcionamento intermitente da
bomba. Se o tempo de funcionamento intermitente de
uma bomba é de S3 50% por minuto, isto significa que
a bomba foi concebida para 60 arranques/paragens por
hora e um funcionamento de 30 segundos seguido de
uma pausa de 30 segundos.
De igual modo, se a especificação S3 for S3 30% por
minuto, isto significaria 60 arranques/paragens por
hora e um funcionamento de 18 segundos seguido de
uma pausa de 42 segundos.
É de notar que os valores reais de funcionamento são
normalmente mais baixos do que os valores dos dados
técnicos.
No âmbito do respectivo período de funcionamento
horário acumulado, a bomba tem de conseguir fazer
a descarga do volume horário de águas residuais
produzidas pelo sistema.
Para evitar o sobredimensionamento ou paragens
de sobreaquecimento provocadas por arranques &
paragens demasiado frequentes, é necessário calcular
correctamente o volume do depósito.
O volume mínimo de depósito Veff necessário pode ser
calculado da seguinte forma
Qww x• (Qp - Qww)
Veff =
O volume do depósito deve corresponder ao caudal
de águas residuais e ao desempenho da bomba. Ao
evitar depósitos demasiado grandes, é possível garantir
que as águas residuais são armazenadas no depósito
pelo mínimo tempo possível, minimizando assim a
acumulação de resíduos das águas residuais.
Tenha em atenção que: Duplicar não
significa o dobro
Uma estação com duas bombas não proporciona
o dobro da capacidade de drenagem – cada uma
das bombas tem de ter a capacidade de proceder à
descarga de todas as águas residuais em picos de
caudal para que exista um suporte a 100% em caso
de avaria. Durante o dimensionamento, só se deve
considerar o funcionamento simultâneo das bombas
para situações extremas, tais como picos de caudal. O
H (m)
em
ag
60-80%
Duas bombas
em paralelo
Uma bomba
Cada bomba
em paralelo
50%
100%
vo
no
tub
Sis
2 bom
bas
1b
Actualmente a Grundfos está a desenvolver uma
ferramenta de cálculo e dimensionamento de fácil
utilização, específica para as estações elevatórias
Multilift. Até esta ferramenta estar pronta, é possível
utilizar estas indicações simples para dimensionar
correctamente uma estação elevatória e garantir a
redução de custos no tratamento de águas residuais
nos seus projectos, tanto de renovação como de
construção de raiz.
As estações elevatórias proporcionam um
funcionamento compacto que permite cortar nos
custos de investimento em comparação com a
drenagem por gravidade tradicional. Mesmo as
estações elevatórias mais pequenas têm capacidade
para realizar tarefas maiores.
Em que Qp é o caudal da bomba no ponto de
funcionamento (m3/h) e z (1/h) é o número de
arranques da bomba por hora.
de
Fácil dimensionamento
Funcionamento compacto
Qp x• Z
a
tem
funcionamento simultâneo NÃO duplica a capacidade
de drenagem, visto que o caudal mais elevado daí
resultante aumenta de forma significativa as perdas
por fricção na tubagem de descarga.
om
ba
Q (l/s)
A estação elevatória Grundfos mais pequena de
aplicação comercial - a estação dupla Multilift MD com
volume real de 92 l e uma área de apenas 0,6 m2 –
consegue drenar até 5.500 l de águas residuais por hora,
caso apenas uma das duas bombas seja dimensionada
para a carga total. Isto garante que haja um suporte
total caso uma das bombas se desligue. Mas a pequena
estação elevatória pode drenar até 11.000 l/h em
situações de pico de caudal – o equivalente à drenagem
de 72 banheiras em uma hora – quando as duas
bombas estão em modo de funcionamento alternado.