Dimensionamento de um sistema de captação de água para uso industrial: análise de um estudo de caso

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dc.contributor.advisorPaulino, Tiago de Freitas
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6949861152810464
dc.contributor.authorCabral, Augusto de Mattos Freire
dc.contributor.refereePaulino, Tiago de Freitas
dc.contributor.refereeGuzzo, Márcio Expedito
dc.contributor.refereeMalaquias, Augusto César Teixeira
dc.date.accessioned2026-07-22T16:28:08Z
dc.date.available2026-07-22T16:28:08Z
dc.date.issued2026-06-15
dc.description.abstractO abastecimento de água em plantas industriais de operação contínua está condicionado à confiabilidade da adução e ao custo de bombeamento ao longo da vida útil, ambos sensíveis ao material de tubulação. Este trabalho aborda essa decisão por meio do estudo de caso de uma adutora de água bruta em Juiz de Fora, Minas Gerais, que capta água de uma barragem de rejeitos desativada e a transporta a uma planta industrial, com vazão de 800 m³/h ao longo de 2.366 m de linha de recalque aérea e desnível geométrico de 222 m, em horizonte de 20 anos. A instalação aérea e a temperatura de projeto de 35 °C restringem as pressões admissíveis e tornam a seleção do material o ponto central da análise, conduzida sobre aço carbono ASTM A53M Gr. B, ferro fundido dúctil K7 JGS e PEAD PE 100 SDR 9 PN 20. O regime permanente seguiu o método de Darcy-Weisbach conforme a ABNT NBR 12215-1 (2017), com rugosidade projetada para 20 anos pelo modelo parabólico de Abdel-Monim, Ead e Shabayek (2005); a verificação de transiente aplicou a equação de Joukowsky para o limite superior da sobrepressão; e a comparação econômica adotou o Custo do Ciclo de Vida a 8% a.a., com os cálculos conduzidos em planilha eletrônica e a seleção do conjunto motobomba em simulador dedicado de fornecedor. O PEAD foi eliminado no regime permanente, pois o fator fT = 0,80 a 35 °C (ABNT NBR 15561, 2017) reduz a pressão máxima de operação para 16 bar, superada em 44% no ponto crítico, enquanto o aço carbono e o ferro fundido dúctil atenderam ao critério estático, com alturas manométricas de 256,12 m e 239,49 m. A análise simplificada de transiente resultou em fatores de utilização de 111% e 114%, hipótese conservadora que, por não incorporar o tempo real de desaceleração do conjunto motobomba nem o amortecimento por atrito, não eliminou as alternativas aprovadas em regime permanente. Na comparação econômica, o aço carbono apresentou CAPEX 64% superior (R$ 27,2 milhões, ante R$ 16,6 milhões) e OPEX anual 16,6% superior, com custo do ciclo de vida 28% maior (R$ 89,1 milhões, ante R$ 69,7 milhões), resultado mantido entre 4% e 12% a.a. O ferro fundido dúctil K7 JGS é a alternativa recomendada, por reunir o menor custo do ciclo de vida e resistência à corrosão compatível com a água bruta de barragem de rejeitos.
dc.description.abstractotherWater supply to continuously operating industrial plants depends on the reliability of the transmission main and on the pumping cost over the service life, both sensitive to the pipe material. This work addresses that decision through a case study of a raw water transmission main in Juiz de Fora, Minas Gerais, Brazil, which draws water from a deactivated tailings dam and delivers it to an industrial plant at 800 m³/h over 2,366 m of above-ground discharge line, overcoming a 222 m geometric head, with a 20-year design life. The above-ground installation and the 35 °C design temperature restrict the allowable pressures and make material selection the core of the analysis, carried out for carbon steel ASTM A53M Gr. B, ductile iron K7 JGS, and HDPE PE 100 SDR 9 PN 20. Steady-state design followed the Darcy-Weisbach method in accordance with ABNT NBR 12215-1 (2017), with roughness projected over 20 years using the parabolic model of Abdel-Monim, Ead and Shabayek (2005); the transient assessment applied the Joukowsky equation for the upper bound of the overpressure; and the economic comparison adopted the Life Cycle Cost method at 8% per year, with the calculations carried out in a spreadsheet and the pump set selected in dedicated software. HDPE was eliminated at the steady-state stage, since the factor fT = 0.80 at 35 °C (ABNT NBR 15561, 2017) lowers the maximum allowable operating pressure to 16 bar, exceeded by 44% at the critical point, whereas carbon steel and ductile iron met the static criterion, with total heads of 256.12 m and 239.49 m. The simplified transient analysis yielded utilization factors of 111% and 114%, a conservative hypothesis that, by not accounting for the actual deceleration time of the pump set nor for friction damping, did not eliminate the alternatives approved under steady-state conditions. In the economic comparison, carbon steel showed 64% higher CAPEX (R$ 27.2 million versus R$ 16.6 million) and 16.6% higher annual OPEX, with a 28% higher life cycle cost (R$ 89.1 million versus R$ 69.7 million), a result that held between 4% and 12% per year. Ductile iron K7 JGS is the recommended alternative, combining the lowest life cycle cost and corrosion resistance compatible with the raw water from a tailings dam.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2846
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia Mecânica
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.subjectTubulações – Materiais – Teses
dc.subjectMecânica dos fluidos – Análise – Teses
dc.subjectTransitórios hidráulicos – Análise – Teses
dc.subjectCusto do ciclo de vida – Teses
dc.titleDimensionamento de um sistema de captação de água para uso industrial: análise de um estudo de caso
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso da Graduação

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