LISTA DE EXERCÍCIOS ESTAÇÃO ELAVATÓRIA

Prévia do material em texto

Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
DISCIPLINA: SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA – Virtual 
LISTA DE EXERCÍCIOS ESTAÇÃO ELAVATÓRIA 
1) Descreva todas as etapas do sistema de abastecimento Público. 
 
 
2) Apresente a diferença entre Perda de água real e Perda de água aparente, cite 
exemplos. 
 
a) Descreva três alternativas para reduzir as perdas de água real. 
b) Descreva três alternativas para reduzir as perdas de água aparente. 
 
 
3) Discorra sobre os fatores que influenciam no consumo per capita. 
4) Como é determinado o coeficiente máximo diário e coeficiente máximo horário? 
5) Para a determinação da quantidade de água requerida ao sistema, em termos de 
vazão demandada, quais os aspectos que devem ser considerados? Justifique sua 
resposta. 
6) Quais as partes constituintes de uma estação elevatória e suas respectivas funções? 
a) Explique a função do poço de sucção em algumas estações elevatórias 
 
7) Descreva o fenômeno cavitação e apresente as inconveniências que pode ocorrer 
na estação elevatória quando ocorre o referido fenômeno. 
 
a) Como evitar que ocorra cavitação no sistema de bombeamento? 
 
8) Complete a tabele abaixo de acordo com o que se pede: 
Classificação das bombas Função e/ou definição 
Bombas com mais de um 
estagio 
 
Bombas com rotor fechado 
 
Bombas com duplas sucção 
 
Bombas de fluxo radial 
 
Bombas de fluxo Axial 
 
 
 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
9) Explique a diferença entre as turbobombas e as bombas volumétricas. Dê 
exemplos. 
10) Dentre as máquinas hidráulicas nós temos duas categorias: Bombas e Turbinas, 
explique a diferença entre elas. 
11) O que significa pontos homólogos? 
 
12) De que forma você pode modificar a curva característica de uma bomba e a curva 
característica de um sistema? 
 
 
13) Explique como deve-se ser definido o diâmetro da tubulação para o sistema de 
abastecimento mais econômico, ou seja, aquele diâmetro que proporciona o menor 
custo das instalações e operação. 
 
 
 
14) Explique por que no sistema de abastecimento de água deve manter a rede 
pressurizada? 
 
15) Explique a diferencia entre NPSHdisponível e NPSHrequerido. 
 
 
16) Quais critérios devem ser utilizados para a escolha de uma bomba a ser instalada 
em uma estação elevatória de captação de água bruta 
 
 
17) A equação de Flamant para determinação da perda de carga unitária pode ser 
utilizada em que condições? 
 
 
 
18) Apresente as condições hidráulicas para aplicação da equação de Hazen- 
Williams na determinação de perda de carga. 
 
19) Defina diâmetro econômico de uma tubulação para o sistema de abastecimento. 
 
 
 
 
 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
20) Determinar a altura manométrica total da bomba e a potência necessária ao motor 
de acionamento para o conjunto elevatório para as seguintes condições de recalque: 
 
 
• Vazão da bomba: 4, 125l/S 
• Cota do NAmin no poço de sucção:89,1m 
• Cota do eixo das bombas: 89, 95m 
• Cota do NAmax no reservatório de distribuição: 138,3m 
• Comprimento da tubulação de sucção: 1,5m 
• Comprimento da linha de recalque: 384,3m 
• Diâmetro de sucção: 100mm 
• diâmetro de recalque: 75mm 
Considerar que na tubulação de sucção estão instaladas as seguintes peças: 
• Válvula de pé com crivo – 100mm 
• Curva de 90° - 100mm 
• Redução excêntrica – 100x50mm 
• Registro de gaveta – 100mm 
• C= 130, utilizar a formula de Hazen-Williams. 
 
21) Bomba centrífuga: Cota do nível da água no reservatório inferior = 3,00 m; cota 
do eixo da bomba = 0,00 m . A tubulação de recalque tem no seu ponto final um 
jato livre ao ar, na cota 40,00 m. Admitindo que, para uma determinada vazão, a 
perda total do sistema (sucção e recalque) já incluindo atrito e perdas localizadas 
seja 2,00 mca, calcule a Altura Manométrica Total (AMT) para essa vazão. Insira 
os cálculos na reposta. 
 
a. ( ) 43,00 mca. 
b. ( ) 39,00 mca. 
c. ( ) 45,00 mca. 
d. ( ) 37,00 mca. 
e. ( ) Nenhuma das respostas. 
 
22) Uma estação elevatória está sendo projetada para recalcar 500m3/h, a uma altura 
geométrica de 30,0m, através de uma adutora de 400mm de diâmetro, 12 Km de 
comprimento e coeficiente de perda de carga da fórmula universal igual a 0,0022. 
A perda de carga localizada prevista é 10U2/2g. visando aproveitar uma bomba 
existente, cujas características, à rotação de 1800RPM, são mostradas no quadro a 
seguir, pede-se: 
 
a) O ponto de trabalho; 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
b) Determinar a rotação para que a bomba trabalhe exatamente com a vazão de 
projeto. 
 
 
 
 
 
23) O nível d’água do poço de sucção da elevatória está a 3,0m do eixo das bombas. 
Verificar se ocorrerá cavitação no sistema, nas seguintes Condições: 
• Vazão do sistema Q= 10L/s; 
• NPSH requerido pela bomba NPSHr = 4m.c.a 
• Comprimento do tubo de sucção Ls = 12m 
• Pressão atmosférica Patm = 10,33m.c.a 
• Pressão de vapor da água Pvapor: 0,43m.c.a 
• Peças de sucção: 01 válvula de pé de crivo, 01 curva de 90°, uma redução 
excêntrica, e 01 entrada de canalização. 
• 
24) Um determinado sistema por recalque possui as seguintes características: 
• Diâmetro de sucção: 200mm 
• Diâmetro de recalque: 150mm 
• Comprimento da sucção: 30m 
• Comprimento do recalque: 7490m 
• Desnível geométrico: 50m 
 
Pontos da curva da Bomba: 
 
Q(m3/h) 0 20 40 60 80 
Hmt(m) 95 90 80 65 40 
 
a) Determinar o ponto de trabalho da bomba; 
b) Em caso de ampliação da produção, qual seria o tipo de associação mais 
vantajosa (em sério ou paralelo) de 2 bombas, sabendo-se que o material dos 
tubos é o ferro fundido. 
 
25) Uma Instalação elevatória mostrada na Figura a seguir deverá operar durante 24 
horas diárias, recalcando 48L/s de água através de uma tubulação de ferro fundido 
contendo várias peças de conexão e controle. A tubulação de sucção possui um 
comprimento de 3,0m e diâmetro de 300mm. No recalque, o comprimento e 
diâmetro são respectivamente 2.200m e 250mm. A altura geométrica de sucção é 
2,5m e a de recalque 55m. Como o conjunto motobomba ainda não foi escolhido, 
Vazão 
(m3/h) 
0 100 200 300 400 500 600 
H(m 120 119 115 109 100 87 70 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
devem-se considerar valores conservadores (a favor da segurança) para 
rendimentos: 60% para a bomba e 90% para o motor elétrico. A energia elétrica no 
local possui um custo de $ 0,47 por quilowatt-hora. Determinar: 
a) As alturas manométricas de sucção, de recalque e total 
b) As potencias fornecidas ao fluido, à bomba e ao motor elétrico, em watts 
c) O custo anual de energia elétrica 
d) As perdas na bomba e no motor, em watss 
e) E o custo anual correspondente as perdas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26) Uma bomba centrifuga possui uma curva característica dada pelo quadro abaixo. 
O seu rotor tem diâmetro de 150mm e gira a 1750RPM. Deseja-se que a bomba 
venha a operar com uma vazão de 150m3/h e altura manométrica de 13mca. Para 
atender esta condição, cogita-se cortar o seu rotor. Assim, traçar a curva 
característica principal da bomba original e determinar qual deve ser o diâmetro 
para o qual seu rotor deve ser cortado, de modo que a nova curva característica 
venha a passar pelo ponto desejado. 
Dados da bomba centrifuga 
Q(m3/h) 0 50 100 150 200 250 300 
H(m) 20,0 19,75 19,00 17,75 16,00 13,75 11,0 
 
 
27) Uma instalação elevatória possui 2 bombas iguais, sendo uma para operação e aoutra para reserva. As características do sistema e da bomba são apresentadas na 
tabela a seguir. Eventualmente, o sistema tem demandado uma vazão superior ao 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
que a bomba em operação é capaz. Por isso, pede-se analisar o arranjo (serie ou 
paralelo) mais conveniente para o aumento de vazão e determinar a potência 
demandada pela bomba. 
 
Bomba 
Q(m3/h) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 
H(m) 80 75,3 70,1 64,5 58,4 51,9 44,9 37,5 29,6 21,3 12,5 --- --- 
ɳ(%) 0 25 50 64 75 82 85 83 78 70 60 
Sistema H(m) 40 40,15 40,6 41,35 42,4 43,75 45,4 47,35 49,6 52,15 55 58,15 61,6 
 
28) Uma estação elevatória capta água de um manancial, cujas cotas dos níveis 
máximo e mínimo de água são 640m e 635m, respectivamente. Através de uma 
adutora, a água é recalcada para um reservatório. A entrada da adutora no 
reservatório efetua-se na cota 670m, o,10m acima do seu nível máximo da água. 
O diâmetro da tubulação de sucção e recalque é 200mm, comprimento total de 
2500mm, altura média das rugosidades das paredes das tubulações de 
0,035mm(PVC). As perdas de carga localizada no recalque totalizam 7,0U2/2g. 
Determinar as faixas de vazão e de potência em que a bomba nesse sistema, tendo 
em vistas as características da bomba apresentadas na tabela a seguir: 
Q(L/s) 0 10 20 30 40 50 
H(m) 50 48,2 45,8 41,5 37,4 32,3 
ɳ(%) 0 45 65 71 65 45 
 
 
 
29) Uma instalação com bomba afogada deve ser modificada para operar aspirando 
água de um novo reservatório cujo nível se encontra bem abaixo do seu eixo. Como 
não se dispõe da curva de NPSHr da bomba, esta foi determinada ainda que de 
forma grosseira, obstruindo-se gradativamente a sucção da bomba e, com isso, 
reduzindo a pressão em sua entrada até que esta apresentasse os sinais de cavitação. 
A bomba possui tubo de aspiração de 100mm de diâmetro e está instalada num 
local onde a pressão barométrica é de 743mm de mercúrio. No teste, a cavitação 
na bomba teve início quando a vazão era de 1980L/min, a pressão na sua entrada 
era de -528mm de mercúrio e a temperatura da água 15°C. 
 
Determinar: 
a) O NPSH requerido para esta vazão com base nos testes. 
 
 
 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
30) ENADE 
 
 
 
 
 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
31) ENADE 
 
 
32) Uma instalação elevatória foi dimensionada com base numa vazão nominal e altura 
de elevação de projeto de 900m3/h e 42m, respectivamente. A instalação é atendida por 
uma única bomba girando a 800rpm. Posteriormente, se constatou que, efetivamente, o 
valor no projeto só corresponde a realidade durante 15 horas diárias. No período restante, 
a vazão necessária cai para 1/3 da nominal. Com base apenas nestas informações, verificar 
a conveniência de substituir o conjunto motobomba projetado por dois ou mais conjuntos 
em paralelo. 
 
33) Uma bomba centrifuga operando a 1500rpm possui a seguinte curva característica: 
150 – 275Q2. Esta aspira água de um reservatório inferior para outro superior, através de 
uma tubulação de mesmo diâmetro cuja curva do sistema é dada por Hf = 20Q2.Em ambas 
as curvas, Q está em m3/s e H em m. O desnível geométrico entre os reservatórios é de 
125m. Determinar 
a) O ponto de trabalho do sistema e a potência mecânica se o conjunto motobomba possui 
rendimento de 75% 
b) A curva característica e o ponto de trabalho do conjunto formando por duas bombas 
em serie, operando a 1500rpm, para atender a um novo sistema com altura geométrica de 
250m e perdas dadas por: Hf= 50Q2 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
c) A curva característica e o ponto de trabalho do conjunto formado por 3 bombas iguais 
em paralelo, operando a 1500rpm, mantendo-se a tubulação e altura geométrica originais 
e desprezando as perdas adicionais resultantes da nova montagem. 
 
34) Pretende-se usar a bomba, cujo dados da curva característica estão apresentados na 
tabela seguinte, numa instalação que utiliza tubos de PVC, cujas características são 
mostradas a seguir. É necessário que a vazão da instalação seja de 240m3/h. 
Determinar: 
a) A Altura manométrica da instalação e verificar se é possível que a bomba opere com 
essa altura e vazão; 
b) Caso contrário, o ponto de trabalho da instalação; 
c) Quais as soluções que você proporia para que a bomba viesse a operar na vazão 
desejada. 
Os demais dados são: 
Sistema: 
• Altura geométrica da aspiração: - 2m ( bomba afogada) 
• Altura geométrica do recalque: 23m 
• Diâmetro da sucção: 400mm 
• Diâmetro de recalque: 300mm 
• Comprimento de aspiração: 6m 
• Comprimento do recalque: 1200m 
• A aspiração (sucção) possui um crivo, enquanto o recalque possui um registro 
globo aberto, 2 cotovelos de 45° e uma válvula de retenção. 
 
• Bomba: 
Q(m3/h) H(m) Potência útil 
(CV) 
Potência mecânica 
(CV) 
Rendimento (%) 
0 40,1 0 17,0 0 
110 37,0 15,1 22,1 68,2 
180 33,1 22,1 26,2 84,3 
230 28,2 24,0 31,1 77,1 
250 26,4 24,5 31,7 77,2 
270 24,0 24,0 31,8 75,3 
320 16,2 19,2 33,2 57,8 
340 11,1 14,0 33,9 41,1 
 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
35) Determinar a altura manométrica total da bomba e a potência necessária ao motor de 
acionamento para o conjunto elevatório para as seguintes condições de recalque: 
 
• Vazão da Bomba: 4,125L/s 
• Cota do NAmin no poço de sucção: 89,1m 
• Cota do eixo das bombas 88,5m; 
• Cota do NAmax no reservatório de distribuição: 138,3m 
• Comprimento da tubulação de sucção: 1,5m 
• Comprimento da linha de recalque: 384,3 
• Diâmetro da sucção: 100mm 
• Diâmetro de recalque: 75mm 
Considerar que na tubulação de sucção estão instaladas as seguintes peças: 
• Válvula de pé de crivo – 100mm 
• Curva de 90° - 100mm 
• Redução excêntrica - 100x50mm 
• Registro de gaveta – 100mm 
• Utilizar a formula de Hazen-Williams – C=130 
 
36) Considere os dados abaixo de uma estação elevatória e adutora de recalque de água 
bruta 
Dados: 
• Cota do nível d’água no poço de sucção: 708m 
• Conta do eixo da bomba: 711m 
• Cota da tubulação com saída livre na chegada a ETA: 749m 
• Adutora 2100m com tubulação de diâmetro de PE80 D=355mm (Di=312, 8mm, 
K= 0,06mm) 
• Sucção com tubulação de FD (D= 300mm) com válvula de pé (k= 1,75) com 
crivo (K= 0,75) e curva de 90º ( K = 0,40). Desprezar as perdas sem dados 
indicados. 
• Pressão de vapor no local igual a 0,43mca e pressão atmosférica 9,47mca. 
• Considerar rendimento do motor igual a 90% (e da bomba conforme catálogo do 
fabricante) 
a) Qual a vazão e a altura manométrica atendida atualmente com o funcionamento 
de uma bomba? 
b) O que aconteceria com a vazão e com a altura manométrica se a cota do nível 
d’água no poço de sucção fosse maior? E se fosse menor? 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
Catálogo do fabricante da bomba 
 
 
 
 
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB 
Centro de Ciências e Tecnologia - CCT 
Departamento de Engenharia Sanitária & ambiental 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) Verificar Q de funcionamento da bomba com relação a Q ponto ótimo 
d) Avaliar se ocorre cavitação com as condições de funcionamento da bom e sistema 
e) Verificar qual seria o gasto médio anual de energia considerando a adução 20 h/dia e 
uma tarifa de 250 R$/MWh.