artigo tcc novo (1)

Prévia do material em texto

SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA: ANALISE E DIMENSIONAMENTO DE MOTOBOMBA
WATER SUPPLY SYSTEM: ANALYSIS AND SIZING OF MOTOR PUMP
 
AUTOR: LUCAS BOTELHO COELHO
ORIENTADOR: WITSON ANDRADE DA SILVA
RESUMO:
Este artigo tem o intuito de demonstrar como dimensionar um sistema de abastecimento de água movido a motobomba, entendendo o sistema de captação até o reservatório. O assunto remete a solução para problemas de operação em cada aria do processo, como também a como escolher corretamente a bomba ideal para cada projeto. A metodologia deixa bem claro formulas para cálculo de vazão, dimensionamento do reservatório, cálculo para determinar o diâmetro da tubulação, cálculo de comprimento e altura de sucção e recalque além de toda a tubulação, calculo de perda de carga localizada e total além da altura manométrica. O artigo também frisa referencias como normas técnicas, tabelas e variação de coeficientes.
ABSTRACT:
This article is intended to demonstrate how to size a water supply system powered by a motor pump. understanding the system from the intake to the reservoir. The subject refers to the solution to operation problems in each area of the process, as well as how to correctly choose the ideal pump for each project. The methodology makes clear formulas for flow calculation, sizing of the reservoir, calculation to determine the diameter of the piping, calculation of length and height of suction and discharge, as well as all piping, calculation of localized and total head loss, and manometric height. The article also emphasizes references such as technical norms, tables and coefficient variations.
1. INTRODUÇÃO 
Vivemos em um planeta repleto de recursos naturais, apesar de que a cada ano que passa os recursos ficam cada vez mais limitado, e isso acontece com a demanda de uso da população mundial, decorrente disso vivemos em uma grande escala, que define a proporção de cada aspecto, sendo crescente a escala populacional consequentemente será decrescente a escala de recursos naturais.
A população mundial sofre cada vez mais com a falta de tratamento com esses recursos. As cidades necessitam cada vez mais de saneamento básico e sistemas de tratamento de água, além de um grave problema que atinge diretamente a vida do ser humano, a sede. Com a crescente necessidade da população humana, sistemas de abastecimento de varias formas foram sendo aprimorados de acordo com a evolução tecnológica.
O Brasil a exemplo está passando por diversas dificuldades relacionado a recursos hídricos, apesar de ter o maior índice de sustentabilidade mundial, o país se depara com regiões de bastante escassez, como é exemplo o Nordeste, e mais recentemente a seca do Rio Paraná no estado do Rio Grande do Sul, suas consequências não inúmeras, que vão da área de alimentação a exemplo da atividade de pesca a geração de energia elétrica. Porem o país é banhado por lenções freáticos, que gera a possibilidade de captação de água.
As reservas dos recursos de água como lagos, rios e lençóis freáticos, muitas vezes , se encontram em difícil acesso, por isso sistemas de elevação de água de acordo com a metragem, são implantadas para fazer a captação desse recurso de forma limpa e mais pratica, com ajuda de motobomba que trabalha convertendo eletricidade em energia cinética, fazendo com que a água chegue ao seu destino final mais próximo.
O artigo tem o objetivo de entender e visualizar o sistema de captação e transporte de água dos mananciais. Pretende-se ainda avaliar a utilização de motor-bomba e delinear cada processo de condução do fluido da captação até ao reservatório. Analisar e dimensionar um conjunto motor-bomba, inclusive as tubulações de sucção e recalque, relação altura manométrica x vazão e sistema da bomba.
A metodologia do tema tem uma abordagem quantitativa, pois para que seja concretizada a pesquisa os resultados virão através de cálculos, tendo em vista que a pesquisa irá utilizar formulas e tabelas como; a formula de Bresse e tabelas correspondentes a cada etapa, para a realização do cálculo de vazão e altura manométrica, considerando os dm das tubulações convenientes com as curvas e usos de cotovelos e registros fazendo com que haja perca de carga que será considerada no cálculo.
Esta pesquisa é de natureza aplicada. Por ser uma pesquisa baseada em soluções práticas, sua natureza requer soluções para a captação e uso de águas de mananciais, descrevendo de forma rigorosa cada parte especifica do processo. A utilizações de métodos, técnicas e equipamentos caracterizam ainda mais sua natureza que por fim ajudam a encontrar soluções para os problemas propostos.
 Por ser uma pesquisa onde variáveis serão relacionadas, o objetivo será descrever cada parte desse processo, que vai desdá retirada da água dos vários tipos de mananciais, a passagem feita do fluido pelo tubo de sução e tudo de recalque, o processo do fluido ao ser inserido na motobomba pelo bocal de sucção ate sair pelo bocal de descarga, ate sua chegada no reservatório.
A pesquisa utilizará como fonte bibliográfica e documental 
O presente trabalho se justifica por promover aos usuários melhores soluções de captação e condução de água em edificações de pequeno porte. Além promover conhecimento técnico e prático do sistema de captação de água e dimensionamento da bomba ao usuário. Tem o intuito de proporcionar embasamento técnico-científico para o desenvolvimento de trabalhos acadêmicos voltados para o sistema de abastecimento de água.
2. O SISTEMA DE ABASTECIMENTO
Busca se entender melhor, e analisar as características e dados teóricos propostos, como forma de iniciar o dimensionamento da bomba 
2.1. TIPOS DE MANANCIAIS
De acordo com o artigo, Manual de saneamento e proteção ambiental para os municípios por BARROS, R.T.V.; CHERNICHARO, C.A.L.; HELLER, L.; VON SPERLING, M. O manancial é a fonte de onde se captura a água com condições sanitárias desejadas e nela existe a vazão que é importante para atender a demanda. É sempre importante realizar um projeto e fazer pesquisas de mercado para saber os custos futuros, sejam na operação quanto na instalação. Os mananciais para captação são classificados em dois tipos: 
- Os superficiais; que são os mananciais que tem contato direto com o ar livre, podendo ser lagos, açudes ou até mesmo por escoamento como rios.
 
- Os subterrâneos; mananciais que se localizam abaixo do solo, em bacias hidrográficas ou lenções fáticos, a captação ocorre através de poços 
1. 
2. 
2.2. REDE DE CAPTAÇÃO 
Citada pela referência acima a rede de captação é a unidade que compõe o sistema de abastecimento. Ela se dá pela condução da água para o ponto reservatório. É formada por um conjunto de tubulações e peças de ligação, que juntas formam o sistema de sucção e recalque. 
1. 
2. 
2.1. 
2.2. 
2.3. TIPO DE BOMBAS 
A principal função da motobomba é fazer a transferência de fluido. A bomba a motor pode ser utilizada também para abastecer casas ou comunidade dependendo do seu dimensionamento. Outro fator muito importante é o seu dimensionamento que não depende só de si, mas sim de uma série de cálculos para achar o resultado de vazão e altura manométrica. Contudo a bomba d’água pode ser dividida em duas categorias, as submersas e as superfícies
· bombas submersas
São classificadas de dois tipos:
- Submersíveis; que é uma bomba que atua dentro da água, mas após seu uso deve ser retirada de tal, são utilizadas para drenar água de inundações e alagamentos.
- Submersa; são projetadas para trabalharem todo o tempo dentro da água. Elas são usadas, por exemplo, em poços artesianos e aquários.
· bombas superficiais 
 São classificadas em vários tipos, incluindo:
 - Bomba Periférica; trabalha com baixa vazão, ela é indicada para transferir água limpa sem detritos, de reservatórios para o abastecimento.
- Bomba injetora; baixa vazão, é necessário um tubo injetor seja instalado no sistema da bomba. Ela tem capacidade de atingir profundidade de 40 metros, dificultando assim a sua manutenção 
 - Bomba alto-aspirante; com vazão na média. Ela é usadaem poços e lagoas, garantindo que a água não volte para a rede de sucção.
 - Bomba centrifuga; A bomba centrífuga é uma das bombas que dão maior vazão de água. Ela é usada em sistemas de irrigação, saneamento básico, principalmente em indústrias, residências e age também na transferência de água para reservatórios.
2.4. DIMENSIONAMENTO DA BOMBA 
Para o melhor dimensionamento da bomba, precisamos entender melhor sobre cada elemento que compõe o cálculo de dimensionamento da bomba. É fundamental saber a altura de sucção, altura de recalque, comprimento da tubulação, vazão (relação entre o tamanho da caixa d’água com o tempo para encher a caixa), diâmetro da tubulação e a perda de carga. 
· Dados preliminares 
O estudo do assunto foi feito por meio de uma situação hipotética, buscando resultado para a criação de um projeto que viabiliza abastecer um condomínio de 2 pavimentos com total de 2 apartamentos de dois quartos cada, para cada andar, através de um sistema de recalque com uso de moto bomba, a solução pode ser avaliada e analisada a partir da existência do rio presente a 30 metros da edificação.
As medidas são todas calculadas fielmente ao terreno existente e ao ângulo presente nos desníveis.
· Reservatório 
 De acordo com Hélio Creder, Instalações hidráulicas e sanitárias 5.ª ed 1991, para dimensionar o reservatório, algumas tabelas tiveram que ser consultadas. 
A tabela de Taxa de ocupação de acordo com a natureza do local. A tabela é usada para quando a ausência de informações necessárias para o levantamento, no caso esporádico, de quantas pessoas vivem em apena um dormitório, como a exemplo fictício. E a tabela de Consumo predial diário (valores indicativos nos dados preliminares) que informa o valor per capita de consumo de litros por dia, para cada edificação tendo suas características. No caso o valor per capita ficou de 200L/h para uma edificação de médio porte.
 a Norma regulamentadora: NBR5626 instalação de água fria diz ´´O volume de água reservado para uso doméstico deve ser, no mínimo, o necessário para 24 h de consumo normal no edifício´´ que é determinante para o período em que o reservatório deve estar cheio.
 - Cálculo de consumo diário:
Tabela 1 consumo per capita 
https://www.extra-imagens.com.br/Control/ArquivoExibir.aspx?IdArquivo=19825590&Attachment=1
Para uma edificação com 8 dormitórios e o cálculo de reservatório será de 24 hrs de acordo com a NBR5626.
	CD = P x q
Onde: 
CD = Consumo diário (litros/dia) 
P = População que ocupara a edificação 
q = Consumo per capita (litros/dia)
para os valores de consumo diários a tabela de taxa de ocupação de acordo com a natureza do local foi usada: 
tabela2 taxa de ocupação 
http://ofitexto.arquivos.s3.amazonaws.com/instalacoes-prediais-hidraulico-sanitariais-blucher-9788521208372.pdf
- Cálculo da capacidade do reservatório (Cr):
	Cr = CD x 1 
· Vazão requerida 
De acordo com Brunetti (2008) a vazão pode ser calculada pelo método direto volumétrico, onde é a razão entre volume do fluido (V) que atravessa uma certa seção de escoamento pelo tempo (t).
Nessa etapa sendo uma das mais importantes de sistema de dimensionamento, alguns elementos foram considerados, tais quais; a variação de volume que é calculada a partir das informações coletada das tabelas 1 e 2; o tempo de trabalho da bomba foi estipulado com o decorrer do cálculo da vazão, e ele ficou estipulado em 1 hora e trinta minutos para enchimento do reservatório. 
Com base no artigo de José Guidi sobre análise e variação de consumo de agua, o abastecimento de água de uma determinada área é comum ocorrerem variações anuais, mensais, diárias, horárias e instantâneas do consumo de água, para o coeficiente de variação foi pressuposto pela jornada de trabalho da bomba. Sendo assim o K fui determinado como 1,2. 
A formula para calcular a vazão:
	
Qr = vazão requerida 
· Diâmetro da tubulação
Para Cali Laguna Achon Doutora em Engenharia Hidráulica e Saneamento (USP, 2008). Para dimensionamento dos diâmetros das tubulações de recalque e sucção usa-se a fórmula de Bresse. O coeficiente (k) depende de variáveis tais como: custo médio do conjunto elevatório, despesas de operação e manutenção, foi pressuposto um valor de media: 1,1 para o k. 
Formula:
Qr = vazão requerida 
K = coeficiente de custo 
D = diâmetro da tubulação 
o resultado deverá ser comparado a tabela de medidas do diâmetro de comercio de tubos pvc. No caso o resultado será arredondando em dois, o maior que será o diâmetro da sucção e o menor que será o diâmetro de recalque. O tubo será considerado incompressível, e será desconsiderada sua viscosidade 
 Tabela 3. diâmetros tubulação pvc 
https://www.corzan.com/pt-br/sistemas-de-tubulacao/especificacao/dimensoes-e-pesos
· Altura de sucção e recalque 
A altura de sução nada mais é que a diferença de altura entre o nível da capitação da agua (nível da agua) e o bocal de sucção da bomba. Nela não é levado em consideração a altura abaixo do nível do fluido. Na sucção também contém como acessórios uma válvula de pé com crivo na entrada da sucção, uma curva longa de 90° e uma redução na entrada da bomba.
HS: altura de sucção 
Altura de recalque é a diferença de altura entre o bocal de descarga da bomba e o ponto de maior elevação, no caso a caixa-d’água. Nele é localizado o registro de gaveta, uma válvula de retenção 
HR: altura de recalque 
· Comprimento total (sução e recalque) 
O comprimento de sucção é a extensão em metros de tubos utilizados na instalação desde entrada do fluido na válvula de pé até o bocal de entrada da bomba 
LS: comprimento da sucção 
O comprimento de recalque é a extensão em metros de tubos utilizados na instalação desde o bocal de descarga da bomba até o destino final no reservatório 
LR: comprimento do recalque
O comprimento total é a soma do comprimento de sucção mais a soma do comprimento de recalque
	Lt = LS + LR
· Velocidade na tubulação 
Com base no PROCEL indústrias, guia básico de bombas, a velocidade do fluido na tubulação tem vital importância para a tratabilidade da bomba e no calculo de perda de carga em cada tubulação do sistema e usa-se a formula: 
	
onde: 
Qr: vazão requerida 
r: raio do diâmetro 
· Perda de carga total 
De acordo com os estudos de Azevedo Netto e Fernández (2015), para a equação foi usado método de hazem Wiliams mesmo sendo recomendando para diâmetros acima de uma polegada e meia, sua formula é de fácil entendimento e requer resultados bastante aproximados. Para esse processo serão utilizados, vazão, velocidade, coeficiente de atrito, tabela de perda de carga, diâmetro do regime e gravidade. Isso considerando o mesmo cálculo para etapa de sução e recalque, os resultados serão diferentes pois os diâmetros são diferentes. 
Tabela de perda de carga por conexão 
https://eec-ufg.tripod.com/IHSP/Perdas.pdf
Formula perda de carga total (PD):
	
Onde: 
PT: perda de carga total no regime 
PL: perda de carga localizada 
PD: perda de carga distribuída 
Formula preda de carga distribuída (PD):
	
Onde:
C= coeficiente de atrito em tubos pvc 
D= diâmetro 
Q = vazão 
Formula preda de carga localizada (PL): 
	 
Onde:
Kp: coeficiente de perda de carga em cada conexão 
V: velocidade 
g: gravidade considerada 9,8
· Altura manométrica total 
Para Cali Laguna Achon Doutora em Engenharia Hidráulica e Saneamento (USP, 2008), A altura manométrica nada mais é que a altura total que a bomba consegue levantar a água, para a escolha da bomba é uma das etapas mais importantes. ela é medida em metros coluna d’água (m.c.a), o cálculo é representado por:
	AMT = HS + HR + JT
Onde:
AMT: Altura manométrica total 
HS: Altura de sucção 
HR: Altura de recalque 
JT: Perda de carga total 
3. RESULTADOS E DISCURSOES 
É fundamental cada etapa desse processo para o resultado final, e o objetivo, escolher uma bomba ideal, temos dois resultados que levam a escolha correta da bomba para a rede de captação, são eles; a altura manométrica e a vazão. Mas para melhor analisarmos esses resultados precisamosentender os seus conceitos e a razão pela qual esses tópicos foram escolhidos.
Dados preliminares 
Abaixo serão exaltados os seguintes aspectos: 
- Edificação de dois pavimentos (condomínio)
- Cada pavimento com dois apartamentos 
- Cada apartamento com dois dormitórios 
- O número consumo por pessoa e per capita são ilustrados nas tabelas 1 e 2 
Reservatório 
Calculo do reservatório: 
CD = P x q
P = 16 pessoas para 8 dormitórios
q = 200 per capita para residência de padrão luxo 
CD = 16 x 200 = 3200 L/d
Cr = CD x 1 
Cr = 3200 x 1 = 3200 L 
Aproximado para valor de mercado de reservatório 
4000l ou 4,0m3/s
O resultado do reservatório foi produzido em AutoCad com os diâmetros e alturas encontradas no mercado; 
Vazão requerida 
calculo de vazão:
	
Diâmetro a tubulação
Calculo do diâmetro:
 = 0,02979m = 29,79mm 
Por tabela:
- Portanto o diâmetro da tubulação será de 33.400mm as sucção 
Portanto o diâmetro da tubulação será de 26,7mm as recalque 
Altura de sucção e recalque 
calculo das alturas de sucção e recalque:
HS = 1+ 4.15+ 1= 6,15m
HR= 0,2 +0,32+ 6,11+ 8 = 14,63m
Os valores foram retratados em CAD:
 
Comprimento total da tubulação (recalque + sucção) 
LS = 0,6 +1+ 6+ 1+ 0,2= 8,8m
LR = 0,32+ 2+ 8+ 6,2 +6+ 8 =30,50m
Lt = LS + LR
Lt = 8,8 + 30,50 = 39,30m
Velocidade na sucção e recalque 
Na sucção:
No recalque:
perda de carga 
 Para a perda de carga localizada utilizou-se uma tabela no Excel para retratar a lista de conexões, assim como seu valor na tabela 5 e seu resultado final de acordo com a quantidade usada em cada etapa, e para a perda de carga continua a formula de hazen willias 
NA SUCÇÃO:
	PERDA DE CARGA NAS CONEXOES sucção 
	UN
	MATERIAIS
	Q
	PC/ POR TABELA
	RESULTADO
	-
	válvula de pé com crivo
	1
	15,5m
	15,5m
	-
	joelho 90
	3
	2m
	6m
	-
	curva 45
	2
	0,5m
	1m
	-
	união
	1
	0,1m
	0,1m
	-
	luva de vedação
	1
	0,3m
	0,3m
	
	
	
	TOTAL:
	22m
Formula preda de carga distribuída (PD)
Formula preda de carga localizada (PL)
Aplicando na formula de perda de carga total:
PTs = 1,12 + 0,0372 = 1,157m
NO RECALQUE:
	PERDA DE CARGA NAS CONEXOES recalque 
	UN
	MATERIAIS
	Q
	PC/ POR TABELA
	RESULTADO
	-
	luva de vedação
	2
	0,2m
	0,4m
	-
	registro de gaveta
	1
	0,3m
	0,3m
	-
	joelho 90
	3
	1,5m
	4,5m
	-
	curva 45
	2
	0,4m
	0,8m
	-
	união
	2
	0,1m
	0,2m
	
	
	
	TOTAL:
	6,2m
Formula preda de carga distribuída (PD)
Formula preda de carga localizada (PL)
Aplicando na formula de perda de carga total:
PTr = 0,88 + 0,1044 = 1,m
Calculo perda de carga total:
PT = PTs + PTr
PT = 1,15 + 1 = 2,15m
Altura manométrica total 
Calculo da altura manométrica:
	AMT = HS + HR + PT
AMT = 6,15 + 14,63 + 2,15
AMT = 22,93m.c.a
ESCOLHA DA BOMBA
Com os resultados obtidos das etapas do dimensionamento, foram adquiridas vazão e altura manométrica com isso é possível consultar catálogos de fabricantes de bombas para saber qual bomba escolher, esta consulta foi realizada no catálogo da empresa FAMAC MOTOBOMBAS 
Figura? Catalogo de bombas fanac
Fonte: https://www.famac.ind.br/storage/app/uploads/public/572/245/5fd/5722455fd4ee8189220362.pdf
Modelo da bomba 
	fabricante 
	fanac 
	modelo 
	FSG-S
	Vazão. max
	3,4m3/h
	AMT máxima 
	24,0 m.c.a
	potência(cv)
	1,0
	D Rotor 
	128
	monofásico 
	110 e 220
	bitolas 
	1 pol
CONSIDERAÇÕES FINAIS:
o objetivo desse trabalho teve função abranger um estudo sobre o dimensionamento de uma motobomba, tendo objetivo de abastecer um condomínio de dois pavimentos com o uso de uma motobomba para a capitação em um manancial. Tendo impotência acadêmica como referencia na elaboração de projetos na área de sistemas de abastecimento de água.
Cada parte do processo teve importância vital para o êxito do projeto tendo em vista que para se chegar ao resultado final, cada cálculo deverá estar certo. O primeiro passo do trabalho foi dimensionar o reservatório, analisando os dados preliminares. Considerando todos os cálculos realizados, dois resultados têm papel fundamental no objetivo final do projeto, a escolha da bomba, são eles a vazão, calculada logo no início do dimensionamento, e a altura manométrica, que é a ultima etapa do dimensionamento. E os resultados dessa pesquisa e esses cálculos resultaram na escolha ideal de bomba para o êxito do projeto 
O trabalho ainda abordou de forma objetiva e teórica os vários tipos e modelos de motobomba, seguido pelos tipos de mananciais existente, para que haja maior entendimento teórico das localidades. Além de abordar características de uma rede de captação, teorizando partes e etapas importantes do processo, como exemplo, a linha de sucção e recalque, e também o reservatório 
Contudo é importante salienta a importância desses resultado , servindo de base para criação de projetos de sistemas de abastecimento e dimensionamentos de sistemas de recalque e sucção, ajudando também em futuras pesquisas bibliográficas.
4. REFERENCIAS 
Espessura do diâmetro da tubulação: https://www.corzan.com/pt-br/sistemas-de-tubulacao/especificacao/dimensoes-e-pesos
Catalogo de bombas fanac: https://www.famac.ind.br/storage/app/uploads/public/572/245/5fd/5722455fd4ee8189220362.pdf
Dimensão reservatório 4000L: http://caixaforte.ind.br/caixadagua/caixa-dagua-4000-litros/
Norma ABNT 05626/ reservatório: https://ecivilufes.files.wordpress.com/2013/06/nbr-05626-1998-instalac3a7c3a3o-predial-de-c3a1gua-fria.pdf
Tabelas per capita/ consumo pessoa e dimensionamento do reservatorio: https://www.extra-imagens.com.br/Control/ArquivoExibir.aspx?IdArquivo=19825590&Attachment=1
Artigo base diâmetro e altura manométrica: http://www.shs.eesc.usp.br/downloads/disciplinas/SHS0409/Aula12_SHS409_2014.pdf
Tipo de mananciais e rede de captação: http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/leonardo/downloads/APOSTILA/Apostila%20IT%20179/Capit%204%20parte%202.pdf
Perda de carga:http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2018/anais/arquivos/0203_1179_02.pdf
Vazão : Brunetti (2008) 2 edião