Determinarea capacitatii de inmagazionare a rezervoarelor

Determinarea capacitatii de inmagazionare a rezervoarelor

1. STRUCTURA CAPACITATII REZERVOARELOR

Rezervorul de acumulare se dimensioneaza pentru un volum care sa asigure functionarea curenta a consumatorilor deserviti. Prin volumul lor disponibil, rezervoarele pot indeplini functii complexe (compensare + incendiu + avarii, etc), sau particulare, dupa caz (incendiu, rezerva, stocare, amestec etc.)

In cazul unui rezervor cu functie complexa, volumul proiectat rezulta ca valoarea cea mai mare data de urmatoarele relatii de calcul:

V_R = V_c + V_inc+ V_sup + V _jus, (m (1)

sau

V_R = V_c + V_av+ V_sup + V _jus (m (2)

Unde: -V_c este volumul de compensare ce trebuie acumulat pentru a se asigura functionarea rationala a sistemului;

-V_inc - volumul intangibil de apa pentru incendiu;

- V_av - volumul de avarie;

-V_sup -volum suplimentar;

-V _jus - volume de apa justificate economic.

In conformitate cu STAS 1478-90,volumul rezervoarelor de inmagazinare se determina din analiza comparativa a relatiilor:

V_R = V_den + V_inc + V_comp (m³)

Sau

V_R = V_den + V_ac + V_comp (m³)

Unde : -V_den este volumul necesar ca urmare a denivelarii nivelului apei determinate de aspiratia acesteia de catre sorb (volumul se ia in considerare numai la rezervoarele avand peste 2000 m³);

- V_ac -volumul rezervei pentru consum menajer sau scopuri tehnologice, care sa asigure functionarea in caz de avarie la sursa.

In general, capacitatea rezervoarelor este determinata prin insumarea volumului de compensare, volumului intangibil de apa pentru combatarea incendiilor sau volumul de avarie, luata cu valoarea sa totala sau partiala conform rezultatelor calculelor economice efectuate.

Volumul rezervorului de inmagazinare trebuie sa fie cel putin egal cu

V_R> 0.5Q_zi,max

Si cel mult egal cu:

V_R < T_max x Q_zi,max (6)

in care :-T_max este valoarea maxima a timpului de trecere a apei prin

rezervor. Marimea timpului este data de normele sanitare, astfel

incat calitatea apei sa nu se deterioreze in cursul inmagazinarii.

Pentru rezervoarele ingropate se admite, de regula, o valoare

pentru T_max de circa sase zile, iar pentru cele aeriene sau

neprotejate termic, maxim doua zile. [3]

- Q_{zi max}; acesta reprezinta volumul de apa utilizat in ziua cu consum maxim in decursul unui an, in m³/zi:

Volumul rezervorului rezultat din calcul se rotunjeste la o valoare standardizata, specifica pentru capacitatea si tipul constructiv si functional de rezervor proiectat. [2]

2. DETERMINAREA DEBITELOR DE CALCUL

Metodica de calcul

Exista variatii orare, zilnice, saptamanale si anuale in utilizarea apei; pentru a tine seama de aceasta se utilizeaza urmatoarele debite caracteristice:

Debitele caracteristice luate in considerare la calculele de dimensionare sunt urmatoarele:

- debit mediu zilnic, notat Q_{zi med}; acesta reprezinta media volumelor de apa utilizate zilnic in decursul unui an, in m³/zi:

(7)

- debit zilnic maxim, notat Q_{zi max}; acesta reprezinta volumul de apa utilizat in ziua cu consum maxim in decursul unui an, in m³/zi:

      (8)

- debit orar maxim, notat Q_{orar max}; reprezinta valoarea maxima a consumului orar din ziua (zilele) de consum maxim, in m³/h:

(9)

in care:

N(i) este numarul de utilizatori;

q_s(i) este debit specific: cantitatea medie zilnica de apa necesara unui consumator, in l/consumator si zi;

Necesarul de apa pentru consumatori publici din localitati sau zone ale acestora se calculeaza analitic prin insumarea cantitatilor de apa necesare fiecarui utilizator.

Valorile orientative ale debitelor medii specifice se adopta conform tabelului1.

Tabelul 1

NOTA 1 - Valorile orientative din tabelul 1 trebuie adoptate luand in consideratie:

zona de amplasare a categoriei de consum;

statutul zonei: urban, rural, statiune, zone litorale sau montane;

categoria de servicii asigurate din punct de vedere calitativ;

obiceiuri utilizatori de apa in zona de amplasare

K_zi(i) este coeficient de variatie zilnica; se exprima sub forma abaterii valorii consumului zilnic fata de medie, adimensional:

K_zi(i) = Q_{zi max}(i) / Q_{zi med}(i)      (10)

Tabelul 2

Pentru K_zi(i) valorile de deasupra liniei sunt indicate pentru localitatile avand clima continental temperata, iar valorile de sub linie pentru localitatile avand clima continental excesiva. Definirea climei se face pe baza numarului anual de zile de vara (n) ca medie multianuala, cu temperatura maxima masurata t⁰C≥25 ⁰ C, astfel:

Se considera sisteme provizorii; in masura realizarii unui sistem de canalizare se vor adopta valorile din zona 3.

n ≤ 80 clima continental temperata;

n > 80 clima continental excesiva

K_or(i) este coeficient de variatie orara; se exprima sub forma abaterii valorilor maxime orare ale consumului fata de medie in zilele de consum maxim, adimensional.

K_or(i) = Q_{or max}(i) / Q_{or med}(i)      (11)

Q_{or med}(i) = Q_{zi max} / 24 (12)

Coeficientul de variatie orara (K_o) se stabileste pentru fiecare tip de necesar de apa. Cand nu sunt stabilite alte valori justificate prin studii, pot fi adoptate valorile din tabelul 3.

Tabelul 3

NOTA 1 - In cazul in care distribuirea apei nu se face continuu (situatie anormala) ci dupa un program de furnizare propriu, coeficientul K_o poate fi marit pe baza de calcule justificative. Alimentarea discontinua cu apa trebuie insa considerata ca provizorie.

NOTA 2 - Pentru valori intermediare ale numarului de locuitori coeficientul K_o se calculeaza prin interpolare; odata cu reducerea numarului de locuitori creste valoarea coeficientului de variatie orara (valoare maxima 5,0).

NOTA 3 - Coeficientul se determina functie de numarul de locuitori (N_i) din fiecare zona de presiune a retelei, debitele maxime rezultate fiind insumate corespunzator.

NOTA 4 - Pentru retelele mari de distributie, care deservesc peste 100.000 de locuitori este recomandabil sa se foloseasca un coeficient de variatie orara proportional cu numarul de utilizatori prevazuti in aval de sectiunea calculata.

In relatiile (7), (8), (9) indicii din sume au semnificatia:

k se refera la categoria de necesar de apa (nevoi gospodaresti, publice);

i se refera la tipul de consumatori si debitul specific pe tip de consummator.

3. DEBITELE DE DIMENSIONARE PENTRU SCHEMA DE ALIMENTARE CU APA

Debitele caracteristice pentru calculele de dimensionare sunt Qzi.med, Qn.zi.max si Qn.o.max, dintre care, valoarea cea mai mare o prezinta debitul orar maxim. Dimensionarea constructiilor si instalatiilor, din care sistemul de alimentare cu apa este alcatuit, trebuie realizata astfel incat sa se asigure, in fiecare sectiune functionala, debitul necesar conform cerintelor de proiectare,

Din analiza posibilitatilor de utilizare a debitelor mentionate anterior, rezulta ca, dimensionarea componentelor schemei de alimentare situate intre captare si statia de tratare inclusiv (sau rezervor), se realizeaza prin folosirea debitului zilnic maxim, inclusiv debitul de refacere a rezervei de incendiu.

2.4. DETERMINAREA VOLUMULUI DE COMPENSARE

Volumul de compensare este reprezentat de volumul de apa inmagazinat in rezervor si care este dat de diferenta de debit ∆Q = Q_{or max} Q_{zi max} la orice ora din an. Astfel, se asigura intr-un mod convenabil functionarea curenta a retelei de distributie si cresterea sigurantei in exploatare a sistemului de alimentare cu apa.

Volumul de compensare, V_c se calculeaza prin metode grafice sau analitice, astfel incat volumul de apa sa fie retinut in rezervor in perioadele in care nu este solicitat de utilizator (perioadele de consum minim) si sa fie redistribuit in perioadele cand este solicitat, respectiv in perioadele de consum maxim. Pentru ambele metode de calcul trebuie cunoscute legea de variatie a volumului consumat (iesit din rezervor), precum si a volumului de alimentare a rezervorului. Pentru generalizarea problemei, ambele volume (intrate si iesite din rezervor) se exprima sub forma procentuala.

Variatia volumului consumat de apa menajera se determina in cazul localitatilor prin asimilarea datelor, cunoscute din masuratori experimentale efectuate asupra unor sisteme aflate deja in exploatare. Volumul real de apa menajera consumata se poate afla numai dupa executia sistemului de alimentare cu apa si exploatarea lui normala pe o durata de timp determinata.

Alimentarea sistemului se dimensioneaza la Q_zi,_max, iar conductele de distributie in cadrul sistemului la Q_or,max .

5. DETERMINAREA VOLUMULUI DE APA PENTRU AVARII

In calcul se vor considera influentele introduse de importanta obiectivului alimentat, tipul si durata posibila a avanei, caracteristicile conductei de aductiune, conditiile oferite de teren pentru accesul la locul avariei etc.

Relatia de calcul pentru volumul de avarii, V_av , este
urmatoarea:

V_av = Q_min(T_av - Ti) - Q'T_av (m³)      ( 13)

Unde: - Q_min este debitul minim, in m³/h, necesar pentru functionarea sistemului de alimentare cu apa pe durata avariei;

-T_avi - durata maxima, in ore, necesara remedierii avariei aparuta pe circuitul apei in amonte de rezervor, sau de scoatere din functiune a statiilor de pompare din diverse motive;

-T_i timpul maxim, in ore, in care se admite intreruperea completa a alimentarii cu apa a sistemului deservit;

-Q' - debitul maxim zilnic (m³/h), care se poate obtine de la alte surse de apa. sau aductiuni decat cea principala, considerate ca functioneaza la capacitatea maxima.

In cazul avariilor aparute in sistemul de alimentare cu apa a localitatiilor ,debitul minim se determina cu relatia

(14)

Durata maxima de remediere a avariilor se diferentiaza ca valoare dupa locul unde s-au produs, precum si dupa modul de alimentare a rezervoarelor. Pentru cazurile curente intalnite in practica, standardele si normativele in vigoare, precum si literatura de specialitate mentioneaza urmatoarele valori [4]:

a - aductiuni gravitationale :

pentru conducte de alimentare executate din beton armat
precomprimat cu D > 800 mm se admite un timp T_atf = 1824 ore,
unde valorile se particularizeaza in functie de diametrul si lungimea
conductei, distanta de interventie, modalitatile de interventie etc;

pentru conducte de alimentare cu D < 800 mm se admite
T_av = 916 ore, in functie de criteriile mentionate anterior;

b - pentru aductiuni prin pompare, T_av se va adapta corespunzator duratei de intrerupere admisa sistemelor de alimentare cu energie electrica;

c - pentru alte elemente avariate ale sistemului de alimentare cu apa si amplasate in amonte de rezervor, T_av se calculeaza de la caz la caz, dar timpul de intrerupere nu va fi mai mare de 10 ore.

Durata maxima Ti, admisa la intreruperea completa a alimentarii cu apa, se considera in calcule cu urmatoarele valori [4]:

6 ore pentru localitati cu N < 10.000 locuitori;

4 ore pentru localitati cu 10.000 < N < 50.000 locuitori;

2 ore pentru localitati cu 50.000 < N < 100.000 locuitori;

nici o ora pentru localitati cu N > 100.000 locuitori;

pentru unitati industriale, durata intreruperii se determina
din considerente tehnico - economice.

6. DETERMINAREA VOLUMULUI DE APA PENTRU REZERVA DE INCENDIU

Atunci cand se realizeaza un sistem de alimentare cu apa trebuie prevazute constructii si instalatii care sa asigure cantitatile de apa pentru stingerea incendiului.

Stingerea incendiilor se poate face cu ajutorul apei prin hidranti interiori montati in cladiri si hidranti exteriori montati pe reteaua de distributie; pentru cladiri speciale (teatre, biblioteci) sau industrii sunt prevazute sisteme speciale de stingere (sprinclere, drencere) conform reglementarilor tehnice in vigoare.

Apa pentru hidrantii interiori trebuie sa aiba aceeasi calitate cu cea distribuita. Pentru hidrantii exteriori, de regula se foloseste apa din reteaua de distributie a apei potabile. In cazuri speciale pentru combaterea incendiului din exterior se poate folosi si alta calitate de apa prin mijloace independente (masini/cisterne proprii, rezerve de apa, retele separate); aceasta situatie comporta existenta unei retele de apa special destinata acestui scop.

Numarul de incendii teoretic simultane se adopta functie de marimea localitatii dupa valorile din tabelul 4.

Debitul pentru combaterea incendiului cu ajutorul hidrantilor interiori Q_ii (numarul jeturilor si tipurile de constructii care sunt echipate cu hidranti interiori) precum si debitul pentru instalatiile speciale (Q_is) se adopta conform STAS 1478-90.

Tabelul 4

NOTA 1 - Valorile prezentate in tabelul 4 se aplica si in cazul cartierelor izolate, separate de centrul populat printr-o zona neconstruita; in acest caz ΣN(i) reprezinta numarul de locuitori pentru fiecare cartier.

NOTA 2 - Debitul pentru incendiu exterior, Q_ie si numarul de incendii simultane, n, pentru centrele populate cu peste un milion de locuitori se determina pe baza de studii speciale.

NOTA 3 - Localizarea incendiilor simultane, in perimetrul luat in calcul la dimensionarea retelelor de distributie se face astfel incat un incendiu - teoretic - sa revina unei suprafete locuite de cel mult 10000 locuitori.

NOTA 4 - In cazul retelelor cu zone de presiune, se analizeaza varianta in care fiecare zona functioneaza independent in caz de incendiu; se vor adopta debitele cele mai mari rezultate din analiza variantelor. Numarul de incendii se calculeaza insa pentru toata localitatea. Se va tine seama de NOTA 1 si NOTA 3.

NOTA 5 - Pentru localitati sub 5000 locuitori se va respecta si Reglementarea GP 106-04, Anexa IV-2, aprobata de MTCT 15/02/2005 si publicata in Monitorul Oficial Partea I nr. 338bis din 21/04/2005.

In cazul in care nu se dispune de studii speciale, debitul hidrantilor exteriori (Q_ie) se poate adopta dupa valorile prezentate in tabelul 4.

Timpul teoretic de functionare al hidrantilor interiori se determina conform 3.2.3.1 din STAS 1478-90.

Durata teoretica de functionare a hidrantilor exteriori este T_e = 3 h.

In cazul cand in/sau langa localitate exista societati comerciale si acestea se alimenteaza din aceeasi retea publica, numarul de incendii teoretic simultane se poate adopta dupa valorile prezentate in tabelul 5, daca nu se justifica alte valori. Debitul de incendiu pentru societati (intreprinderi) trebuie adoptat functie de pericolul pe care il reprezinta industria, conform STAS 1343/2-89 si STAS 1478-90 sau precizarilor specialistului procesului tehnologic.

Se intelege: care necesita combaterea de la exterior.

Tabelul 5

NOTA - Daca intre societatea comerciala si localitate este intotdeauna un spatiu gol (verde) de minim 300 m cele doua unitati (localitatea si industria) se analizeaza separat.

Asigurarea debitelor hidrantilor interiori si exteriori se realizeaza printr-un volum de apa inmagazinat special in rezervoarele sistemului de alimentare cu apa astfel:

a) necesarul de apa pentru combaterea efectiva a incendiului

V_i = (15)

Unde:

-V_i este volumul de apa inmagazinat, in m³;

-n este numarul de incendii simultane care se combat de la exterior cu apa din hidrantii exteriori;

-n_j este numarul de jeturi simultane impus pentru cladirea respectiva;

-Q_ii este debitul asigurat de un jet la hidrantii interiori, in l/s;

-T_i este timpul teoretic de functionare al hidrantilor interiori, in min;

-Q_ie este debitul asigurat de hidrantii exteriori, in l/s;

-T_e este timpul teoretic de functionare a hidrantilor exteriori, in ore;

-Q_is este debitul pentru stingerea incendiului cu ajutorul instalatiilor speciale, a caror durata de functionare este T_s [ore] se stabileste conform STAS 1470-90, in l/s.

b) necesarul de apa pentru consumul la utilizator pe durata stingerii incendiului

V_cons = a Q_{or max} T_e [m³] (16)

unde:

-V_cons este volumul consumat la utilizator, in m³;

-coeficientul 'a' are valoarea 0.7 pentru retelele de joasa presiune (p≥7 m col. apa, stingerea se face cu ajutorul motopompelor formatiilor de pompieri) si valoarea a=1 pentru retelele de inalta presiune (combaterea incendiului se poate face direct de la hidrantul exterior).

-Q_{or max} - debitul maxim orar al zonei sau localitatii unde se combate incendiul.

In total se va acumula in rezervor, ca rezerva intangibila, protejata, volumul de apa:

V_RI = V_i + V_cons (17)

unde: -V_RI este volumul rezervei intangibile, in m³.

Dupa consumarea apei in urma combaterii incendiilor normate, refacerea rezervei de apa trebuie sa se realizeze cu debitul Q_RI in timpul T_ri.

, in m³/zi (18)

Marimea timpului de refacere a rezervei (T_ri) se adopta conform datelor din tabelul 6.

NOTA 1 - In cazul in care Q_ie≤10 l/s, iar debitele de apa sunt insuficiente la sursa, durata pentru refacerea rezervei intangibile de incendiu T_ri se poate mari pana la cel mult 72h.

NOTA 2 - In cazurile in care debitele surselor de apa nu pot asigura refacerea rezervei de incendiu in durate maxime T_ri prevazute in tabelul 6 se admite prelungirea acestor durate, cu conditia maririi rezervei intangibile V_RI, cu volumul de apa care nu poate fi asigurat in timpul normat.

NOTA 3 - Pastrarea rezervei intangibile se face in una sau mai multe cuve de rezervor astfel incat volumul integral pentru combaterea incendiului sa fie permanent la dispozitie.

7. CALCULUI VOLUMULUI DE APA AL REZERVORULUI DE ACUMULARE

7. Consideratii teoretice si metodica de calcul

Volumul de dimensionare pentru rezervorul de acumulare rezulta din conditiile de limita si de contur impuse de functionarea sistemului de alimentare cu apa. Sunt mentionate urmatoarele consideratii tehnice:

a - volumul suplimentar, se determina procentual din rezultatul insumarii volumelor de compensare, respectiv de avarie:

V_sup = p_s * (V_c + V_au) (m³), (19)

unde p_s este procentul de diminuare, cu valorile p_s = 1020 %, in functie de modul de functionare al statiei de pompare care alimenteaza rezervorul; pentru o functionare continua a statiei de pompare se adopta V_sup

b - in cazul in care rezervorul inmagazineaza volumele pentru apa potabila, apa industriala si pentru stingerea incendiilor, la stabilirea capacitatii acestuia se va lua in considerare valoarea cea mai mare dintre volumul de avarie, respectiv volumul de incendiu;

c - volumul rezervei de incendiu poate fi redus cu volumul de avarie (V_av) numai in cazul in care alimentarea rezervorului din sursa are Ioc fara intrerupere, chiar in timpul incendiului si in conditiile de siguranta prevazute de prescriptiile legale in vigoare:

d - volumele de apa justificate economic (V_jus) se determina pentru fiecare caz care solicita astfel volume prin calcule de dimensionare specifice.

Pentru o localitate cu un numar de 50000 de locuitori la ora actuala cu o rata de crestere a populatie de 1.2 % pe o perioada de 20 de ani a rezultat un numar de 63470 de locuitori la sfarsitul perioadei de perspective.

Am obtinut urmatoarele valori:

- debit mediu zilnic, notat Q _{zi med} = 11653 m³/zi

      (7)

- debit zi maxim, notat Q _{zi max} =15731 m³/zi

      (8)

debit orar maxim, notat Q _{orar max}=1284 m³/zi

      (9)

Valorile debitului specific de apa pentru nevoi gospodaresti (q_g) au fost alese din tabelul 1

A fost aleasa zona 4 cu valorile q _g = 180 l/om, zi si K _zi = 1.35

Coeficientul de variatie orara (K_o) a fost ales din tabelul 3

Tabelul 3

K _o=

Valorile orientative ale debitelor medii specifice se adopta conform tabelului 2.

Tabelul 2

Dupa determirea consumului individual al fiecarei unitati reprezentata in tablel am obtinut q _p = 227790 l/zi

Volumul de compensare, V_c se calculeaza prin metode grafice sau analitice . Din analiza comparativa a valorilor obtinute a rezultat      V _c = 3854 m³ in situatia unui timp de pompare de 15 ore/zi

Volumul de apa pentru avarii a rezultat V_av = Q_min(T_av - Ti) - Q'T_av(m³) ( 13)

V_av = 1704 m³

Necesarul de apa pentru combaterea efectiva a incendiului

V_i = = 1122 m

Necesarul de apa pentru consumul la utilizator pe durata stingerii incendiului

V_cons = a Q_{or max} T_e [m³]

V_cons =2697 m³

In total se va acumula in rezervor, ca rezerva intangibila, protejata, volumul de apa:

V_RI = V_i + V_cons = 3819 m³

Volumul suplimentar rezulta din rezultatul insumarii volumelor de compensare, respectiv de avarie

V_sup = p_s * (V_c + V_au)     

V_sup =556 m³

Datele de calcul sunt constituite din volumele caracteristice rezervorului, determinate anterior

Valorile luate in considerare la calcul sunt urmatoarele:

a - volumul de compensare pentru un regim de pompare de 24 ore (exemplul de calcul 2b), V_c = m³;

b - volumul de avarie, V_av = m³;

c - volumul rezervei de incendiu V_RI = V_i + V_cons = m³

d - volumul suplimentar V_sup m³;

Volumul care corespunde variantei ce acopera consumurile in situatia de functionare cea rnai defavorabila este de 9933 m³

Luand in considerare volumele standard ale rezervoarelor, se adopta pentru acoperirea volumului de 9933 m³ o solutie tehnica reprezentata de doua rezervoare cuplate in paraiel, fiecare cu un volum de 5.000 m³.

Rezulta ca din punct de vedere tehnic sunt necesare doua rezervoare de inmagazinare, fiecare avand un volum de 5000 m³, iar in total rezulta un volum inmagazinat:

Vtot = 5.000 + 5.000 => V_tot = 10.000 m³.

BIBLIOGRAFIE

1. Barsan E._r Vascu V si Gavrilas G. - Alimentari cu apa.
indrumar de proiectare. Editura Universitatii Tehnice 'Gh.Asachi' lasi, 1993.

2. Manescu Al., Sandu M., lanculescu O. - Alimentari cu apa. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1994.

3. Manescu Al. - Alimentari cu apa. Aplicatii, Editura HG A,
Bucuresti, 1998.

4. Paslarasu I., Teodorescu M., Rotaru C - Alimentari cu apa.
Editura Tehnica, Bucuresti, 1981.

5. Rojanschi V. - Alimentarea cu apa in zootehnie. Editura
Ceres, Bucuresti, 1986.

Trofin P. - Alimentari cu apa. Editura Didactica si
Pedagogica, Bucuresti, 1981.

Vintila St., Cruceru T., Onciu L. - Instalatii sanitare si de
gaze. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1995.

8. Manualul inginerului hidrotehnician. Sectiunea Alimentari cu apa, voi.II, Editura Tehnica, Bucuresti, 1970

STAS 1343/0-89. - Alimentari cu apa. Determinarea
cantitatilor de apa. Prescriptii generale.

SR 1343/2006. - Alimentari cu apa. Determinarea
cantitatilor de apa potabila pentru localitati urbane si rurale.

STAS 1478-90. - Instalatii sanitare Alimentarea cu apa la
constructii civile si industriale. Prescriptii fundamentale de proiectare.

STAS 4165/83. - Alimentari cu apa. Rezervoare din beton
armat si beton precomprimat. Prescriptii generale.

13. STAS 10898-85. - Alimentari cu apa si canalizari.
Terminologie.

14. STAS 4068/2-87. - Debite si volume maxime de apa.
Probabilitatile teoretice ale debitelor maxime in conditii normale si speciale de exploatare.