Estações elevátoria(2)

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA 
Campus de Capitão Poço 
Agronomia 
 
ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS 
Prof. Rian Antonio dos Reis Ribeiro 
Engenheiro Agrônomo UFRA/PA 
Mestre em Meteorologia Aplicada UFV/MG 
Capitão Poço - PA 
• São obras de engenharia utilizadas para elevação de fluidos, 
na maioria da vezes fluidos líquidos como a água, de um nível 
topográfico mais baixo para outro mais elevado. 
 
• Empregada na irrigação- aumento do déficit hídrico. 
 
• Necessidade de se projetar instalações que possam 
proporcionar o fornecimento de água com rapidez e 
eficiência. 
 
• A elevação de nível é feita normalmente por bombas 
hidráulicas. 
ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS 
Sist. de adução 
Sist. de bombeamento 
Sist. de recalque 
ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS 
Manancial ou poço; 
Tubulação de sucção; 
Acessórios (válvulas de retenção, 
registros, curvas, reduções) 
Bombas hidráulicas; 
Motores; 
Equipamentos de partidas e proteção 
Tubulação de recalque 
Acessórios (registro, 
válvulas de retenção, 
curvas, reduções) 
DETALHES DE UMA EE TÍPICA 
H> 3.Ds 
> 0.5 Ds 
Para evitar formação de vórtices 
que provocam entrada de ar 
 
Funções de Algumas peças da instalação elevatória 
a)Válvula de pé: Mantém cheia a tubulação de sucção quando o 
motor não está em funcionamento ( fluxo unidirecional) 
b)Crivo: Acoplado à válvula de pé (evita a entrada de partículas 
sólidas); 
c)Redução Excêntrica: Adéqua o tubo de sucção (de maior diâmetro) 
à entrada da bomba (de menor diâmetro) - Evita acúmulo de bolhas de 
ar, separação da coluna líquida e cavitação. 
d)Motor: Fornece energia mecânica à bomba (une-se à bomba pelo 
eixo). 
e)Válvula de Retenção: Evita o retorno da água mantendo a coluna 
líquida na tubulação. 
f)Registro: Controle da vazão, fechamento para manutenção da 
bomba ou tubulação de sucção (registro de gaveta mais utilizado). 
• BOMBAS HIDRÁULICAS 
Classificação das bombas hidráulicas: 
 
1. Bombas hidráulicas de deslocamento positivo 
A movimentação do fluido é feita por meio de equipamentos 
mecânicos tais como engrenagens, pistões, parafuso, diafragmas 
e palhetas. 
 
– Transportam vazões pequenas 
– Geram pressões de bombeamento elevados 
 
1. Bombas hidráulicas de deslocamento positivo 
 
Rotativas 
A vazão fornecida pelo equipamento é contínua. 
 
 
B. H. de engrenagem 
Líquidos de alta 
viscosidade 
B. H. Parafuso 
Líquidos e sólidos 
1. Bombas hidráulicas de deslocamento positivo 
 
Alternativas 
A vazão é fornecida de forma intermitente. 
 
 
B. R. de pistão Carneiro Hidráulico 
• BOMBAS HIDRÁULICAS 
Classificação das bombas hidráulicas: 
 
2. Bombas hidráulicas cinéticas (bombas centrífugas) 
 A energia transferida da bomba para o fluído, é realizada pela 
ação (rotação) de um órgão propulsor (rotor), que desenvolve, na 
massa fluida, força responsáveis pelo escoamento. 
Relação inversa entre a vazão 
fornecida e a altura total de 
bombeamento 
• COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGA 
• COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGA 
 a) CARCAÇA OU CORPO ESPIRAL 
Parte fixa, onde está inserido o rotor (também recebe o 
nome de voluta ou caracol). 
 
rotor 
voluta 
Entrada 
(sucção) 
saída 
(recalque) 
• COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGA 
 b) DIFUSOR 
Conduto de seção crescente no sentido do escoamento. 
-Recebe o fluido vindo do rotor e o encaminha a tubulação de recalque. 
-Transformar energia cinética em energia de pressão 
• COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGA 
 C) ROTOR ou IMPULSOR 
Constitui a parte cinética da bomba hidráulica. 
Responsável pela transferência ao fluido de parte da energia 
fornecida a ele por uma fonte externa. 
• COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGA 
 c) ROTOR ou IMPULSOR 
. 
Rotor aberto Rotor semiaberto Rotor fechado 
Qualidade da água 
Rendimento 
Possui dois discos nos 
quais as palhetas (pás) 
são afixadas 
Contém apenas um 
discos onde são fixadas 
as palhetas 
bombas de pequenas 
 
Pequena resistência 
• COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGA 
 D) EIXO 
Transmiti a energia externa ao rotor 
Responsável por suportar os esforços axiais e radiais 
decorrente da movimentação do rotor 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
B. C. propriamente 
dita 
Bomba Injetora 
Bomba Submersa 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor 
A)Bombas radiais ou centrífugas 
-Caracterizam-se pelo recalque de pequenas 
vazões a grandes desníveis. 
-A força predominante: centrífuga. 
-O fluido entra no rotor na direção axial e sai na direção radial 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor 
b) Bombas axiais: 
-Caracterizam-se pelo recalque de grandes 
vazões a pequenos desníveis. 
-A força predominante: e de sustentação. 
-O fluido entra no rotor na direção axial e 
sai na direção axial 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor 
c) Bombas de fluxo misto ou diagonais: 
-Caracterizam-se pelo recalque de médias 
vazões a médias alturas. 
-As forças centrífugas e de sustentação. 
-O fluido entra no rotor na direção axial e sai numa direção 
intermediária entre radial e axial. 
 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor 
Ângulo de descarga (90°) 
+ utilizado na irrigação 
Desnível elevada 
Vazões < 50 m3/h 
Ângulo de descarga (0°) 
Desnível pequena 
Grandes vazões 
Ângulo de descarga (0° - 90°) 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo o número de rotores (estágios) 
1. Um rotor ou simples estágio 
B. C. propriamente dita 
B. C. Submersa 
Os fabricantes limitam para um único rotor uma 
altura manométrica de, no máximo, 100 mca. 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo o número de rotores (estágios) 
2. Dois ou mais rotores (múltiplos estágios) 
B. C. propriamente dita 
B. C. Submersa 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a posição do eixo 
a) Bombas de eixo horizontal: 
-Concepção construtiva mais comum. 
 
 
b) Bombas de eixo vertical: 
-Usado na extração de água de poços 
profundos. 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a pressão desenvolvida 
Bombas de baixa pressão 
-Possuem Hm menor ou igual a 15 mca. 
 
Bombas de média pressão: 
-Possuem Hm menor que 50 mca e maior que 15 mca. 
 
Bombas de alta pressão: 
-Possuem Hm maior que 50 mca. 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a posição do eixo da bomba em relação ao N.A: 
 
Bombas de sucção positiva: 
O eixo da bomba se situa acima do 
N.A do reservatório. 
• BOMBA CENTRÍFUGA 
Classificação segundo a posição do eixo da bomba em relação ao N.A: 
 
Bombas de sucção negativa ou 
bomba afogada: 
-O eixo da bomba se situa abaixo 
do N.A. do reservatório. 
• Altura manométrica 
Parâmetros Hidráulicos 
A altura manométrica representa a energia absorvida por unidade 
de peso do líquido ao atravessar a bomba. 
 
Energia necessária para que água vença á resistência oferecida 
ao escoamento durante o seu bombeamento de um nível inferior 
para outro nível mais elevado 
Hg: altura da sucção + altura do recalque. 
Ht: perda de cargas – contínua e localizada. 
Altura manométrica (Hm) 
Hs 
Hr 
Hf 
Hg 
Hf: perda de carga total 
Hs: altura de sucção - distância vertical do eixo da bomba ao espelho d’água 
Hr: altura de recalque – altura do nível superior em relação ao eixo da bomba. 
Hg: altura geométrica – Hs + Hr 
Hm = Hg + Hf 
• Velocidade específica de uma bomba hidráulica 
A velocidade específica (Ns) é um numero indicador muito utilizado 
para se escolher, em princípio, qual o tipo de bomba hidráulica mais 
adequado para operar em sua máxima eficiência em uma determinada 
condição de bombeamento. 
 
Rotação na qual uma bomba hidráulica deverá operar para elevar 1m3.s-1 
de um determinado fluido a uma altura de bombeamento total de 1m. 
𝑁𝑠 = 𝑁 
𝑄
𝐻0,75
 
Em que: 
Ns = vel.Específica (rpm); 
N = rot. Da B. H. em estudo (rpm); 
Q= vazão (m3.s-1) 
H= altura de bombeamento total (mca) 
Classificação das bombas hidráulicas cinéticas segundo a 
velocidade especifica. 
TIPO Ns (rpm) 
Radial ou centrífuga 6 - 80 
Diagonal ou mista 81 -130 
Axial 131 - 300 
• Exemplo 
Um sistema de irrigação foi dimensionada para receber uma 
vazão de 20 L.s-1 de água, que deverá ser recalcada a uma altura 
estática total de 30 m. A perda de carga total no sistema é de 5 
mca e a pressão de serviço dos aspersores, de 35 mca. O 
acionamento da bomba hidráulica será feito por meio de um rotor 
elétrico cuja a velocidade do eixo é de 1750 rpm. Determine o 
tipo de bomba hidráulica mais adequado ao projeto de irrigação 
em questão. 
𝑁𝑠 = 𝑁 
𝑄
𝐻0,75
 
Resolução 
 
𝑁𝑠 = 𝑁 
𝑄
𝐻0,75
 
Transformar vazão 
Q = 20 L.s-1 = 0,020 m3.s-1 
Calcular a altura de bombeamento total (H) 
H= Hg + Hf + Ps 
H= 30 + 5 + 35 = 70 mca 
𝑁𝑠 = 1750 
0,02
700,75
= 10 𝑟𝑝𝑚 
Escolha da bomba 
• A escolha da bomba é feita com base na vazão (Q) a ser 
bombeada e na altura manométrica (Hm) da instalação de 
recalque. 
 
• Vazão: depende das demandas (irrigação, abastecimento 
humano e industrial, drenagem, jornada de trabalho) 
 
• Altura manométrica: depende do perfil topográfico (desnível 
e distância), da perda de carga total (material da tubulação, 
comprimento, vazão diâmetro) e da pressão na saída da 
tubulação. 
Cálculo dos diâmetros de recalque e sucção 
• Os diâmetros afetam os custos de aquisição da tubulação e o 
consumo de energia. 
Critério econômico 
Cálculo dos diâmetros de recalque e sucção 
a) Diâmetro menor De: 
 
 
 
 
 
Maior perda de carga 
Exige maior potência 
do conjunto MB 
Maior custo do 
conjunto elevatório 
Maior gasto com energia 
b) Diâmetro maior De: 
 
 
 
 
 
Maior despesa 
na implantação 
Menor perda de carga 
Menor altura 
manométrica 
Exige menor potência Menor gasto com energia 
Cálculo dos diâmetros de recalque e sucção 
• 1 Método de Bresse (funcionamento contínuo) 
 
𝐷 = 𝐾 𝑄 
D é o diâmetro interno 
econômico da tubulação de 
recalque (m); 
K é um coeficiente e 
Q vazão de bombeamento 
(m3.s-1) 
No Brasil os valores de K variam de 0,9 a 1,4, usualmente 1,0. 
OBS: quando o diâmetro estimado pela fórmula não coincidir com um 
diâmetro comercial, adota-se o diâmetro comercial imediatamente acima 
para tubulação de sucção e o imediatamente abaixo para a linha de 
recalque. 
Cálculo dos diâmetros de recalque e sucção 
• 2 Método da ABNT (funcionamento intermitente) 
 
𝐷 = 0,586 𝑇0,25 𝑄 
D é o diâmetro interno da tubulação de recalque (m); T o tempo de 
funcionamento diário (h/dia) e Q a vazão de bombeamento (m3.s-1) 
OBS: quando o diâmetro estimado pela fórmula não coincidir com um 
diâmetro comercial, adota-se o diâmetro comercial imediatamente acima 
para tubulação de sucção e o imediatamente abaixo para a linha de 
recalque. 
Cálculo dos diâmetros de recalque e sucção 
• 3 Método da velocidade 
 
𝐷 = 1,129 
𝑄
𝑉
 
D é o diâmetro interno da tubulação de recalque (m); e Q a vazão de 
bombeamento (m3.s-1) 
Vr – 1 a 2 m. s-1 
𝐷 =
4𝑄
𝞹𝑉
 
Diâmetro da linha de sucção: adota-se um valor comercial superior ao 
da linha de recalque 
Potência necessária 
• Potência hidráulica (Ph): é a potência transferida ao líquido 
pela bomba (cv). 
𝑷𝒉 𝑃ℎ = 
𝛾 𝑄 𝐻𝑚
75
 
Ph: potência hidráulica (cv); 
𝛾: peso especifico da água (kgf.m-3); 
Q: vazão (m3.s-1); 
𝐻𝑚:
 altura manométrica (mca). 
Potência necessária 
• Potência mecânica ou bomba (Pb): é a potência que a bomba 
requer do motor para transferir a potência hidráulica ao líquido 
(cv). 
𝑷𝒃 
𝑃𝑏 =
𝑃ℎ
𝑛𝑏
= 
𝛾 𝑄 𝐻𝑚
75 𝑛𝑏
 
Ph: potência hidráulica (cv); 
𝛾: peso especifico da água (kgf.m3); 
Q: vazão (m3.s-1); 
𝐻𝑚:
 altura manométrica (mca); 
𝑛𝑏
; rendimento da bomba (decimal). 
𝑃𝑏 = 
 𝑄 𝐻𝑚
75 𝑛𝑏
 Q= l.s-1 
Equação 
simplificada 
• Potência comercial do motor (Pm): é a potência de aquisição 
do motor que deve ser maior que a potência mecânica (cv). 
𝑃𝑚 = 𝑃𝑏 + 𝑓 𝑃𝑏 
Potência da bomba hidráulica (Pb) Folga recomendada (f)
Pb ≤ 2 CV 50%
2 CV < Pb ≤ 5 CV 30%
5 CV < Pb ≤ 10 CV 20%
10 CV < Pb ≤ 20 CV 15%
Pb > 20 CV 10%
f= folga recomendada (decimal) 
Potência dos motores elétricos nacionais (CV) 
1/12 1/8 1/6 1/4 1/3 1/2 3/4 1 11/2 2 3 5 6 71/2 10 121/2 
15 20 25 30 35 40 45 50 60 75 100 125 150 200 250 300 
350 425 475 530 600 675 750 850 950 
Potência necessária 
• Potência elétrica (Pe): é a potência que a rede elétrica deverá 
fornecer ao motor para o acionamento da bomba 
𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓 = 0,97 𝑃𝑚 
𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓 = potência do transformado (Kva) 
Potência de transformadores trifásico (Kva) 
10 121/2 15 20 30 45 50 
60 75 1121/2 150 225 300 
Curvas características das bombas 
Estas curvas são obtidas nas bancadas de ensaio dos 
FABRICANTES. 
 
- Apresentam o retrato de funcionamento das bombas nas mais 
diversas situações. 
 
Representam relações entre a vazão, a altura manométrica, a 
potência absorvida pela bomba, o rendimento da bomba e a altura 
máxima de sucção. 
Algumas conclusões tiradas das curvas características 
das bombas centrífugas e axiais 
 
1) O aspecto mais achatado das Q x n das bombas centrífugas mostra 
que elas são mais adequadas onde há necessidade de variar a vazão, que 
pode ocorrer sem afetar expressivamente o rendimento da bomba. 
Centrífugas Axiais 
Algumas conclusões tiradas das curvas características 
das bombas centrífugas e axiais 
 
2) A curva Q x P pode se notar que a potência necessária cresce com a 
vazão para as bombas radiais e diminui nas axiais. Por esta razão, para 
poupar o motor elétrico na sua partida, recomenda-se que no caso das 
bombas radiais a partida seja feito com registro na sua saída fechado. 
Centrífugas Axiais 
Curvas características das bombas 
Curvas características das bombas 
Curvas características das bombas 
Exemplo 
• A instalação elevatória apresentada a seguir deverá recalcar 
água ponto 1 para o ponto 2. Determine: a) os diâmetros de 
sucção e recalque; b) a altura manométrica c) a potência da 
bomba e do motor elétrico. 
• Dados conhecidos: 
Lr = 600 m 
LS = 15 m 
Q= 60 m3/h 
Hs= 4 m 
Hr= 42,3 m 
C = 145 
 
Tubulação de sucção 
Peça N° Ce (m) 
Válvula de pé com 
crivo 1 65 
Curva de 90° 1 3 
Redução gradual 1 1,5 
Tubulação de recalque 
Peça N° Ce (m) 
Ampliação gradual 1 2,4 
Válvula de retenção 1 20 
Registro de gaveta 1 1,4 
Curva de 90° 2 2,4 
Curva de 45° 2 1,5 
Cavitação 
 
• É um fenômeno físico que ocorre principalmente no interior de 
sistemas hidráulicos e que consiste na formação de bolhas de 
vapor no meio fluido transportado. 
 
• Ocorre quando a pressão no interior da tubulação de sucção 
atinge valores inferiores à pressão de vapor da água. 
Pressão de vapor – pressão no qual o líquido numa dada temperatura 
começa a evaporar, ou seja, o líquido se transforma em vapor. 
Cavitação 
• A cavitação é um fenômeno causado pela queda de pressão na 
entrada da bomba, quando esta queda é grande o suficiente para 
que pressão absoluta torne-se menor que a pressão de vapor da 
água. 
 
• Estas bolhas podem interromper o escoamento ou serem levadas 
para o interior da bomba onde, devido a alta pressão reinante, 
implodem. 
Cavitação 
Efeito da Cavitação 
Mecânico: devido ao choque entre as moléculas de água com os 
componentes das bombas. 
Efeito da Cavitação 
Químico: liberação de íons de O2 que provocam a oxidação das 
partes metálicas. 
Cavitação 
CARACTERÍSTICAS 
 
As principais características de uma bomba em cavitação são: 
 
Queda do rendimento; 
 
Trepidação e vibração das máquinas; 
 
Ruídos. 
Cavitação 
Para evitar a cavitação: NPSHd > NPSHr 
Calculado 
Catálogo da 
bomba 
•Para verificar as condições de operação da bomba com a 
finalidade de evitar a cavitação utiliza-se um parâmetro 
denominado NPSH (altura positiva líquida de sucção). 
 
 
• O NPSH refere-se a quantidade de energia disponível com que o 
líquido penetra na boca de sucção da bomba 
Cavitação 
Cavitação 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 ± ℎ𝑠 − ℎ𝑓𝑠 − 𝑒 
NPSH disponível: 
Representa a disponibilidade de pressão, ou de energia, na 
instalação. 
𝑃𝑎𝑡𝑚 = 10,33 − 0,0012𝐿 
Patm= pressão atmosférica local (mca); 
hs= altura geométrica de sucção (m); 
hfs= a perda de carga contínua e acidental na tubulação de sucção (mca); 
 e= pressão parcial de vapor-d’água à temperatura local (mca). 
L= altitude do local (m) 
T (°C) e (mca) T (°C) e (mca) 
15 0,17 35 0,57 
20 0,24 40 0,75 
25 0,32 45 0,97 
30 0,43 50 1,26 
Pressão parcial de vapor-d’água (e, mca) em função da sua 
temperatura (T; °C). 
Cavitação 
NPSH requerido: 
Representa a carga exigida pela bomba para poder succionar 
o fluido, nas condições apresentadas. 
Medidas práticas para combater a cavitação 
• Sempre bombear líquidos frios; 
• Diminuir o comprimento da tubulação de sucção ao máximo; 
• Limitar a velocidade média de escoamento na tubulação de 
sucção ao máximo de 2 m s-1; 
• Evitar a entrada de ar pela válvula de pé. 
Exemplo 
Uma bomba Hidráulica centrífuga será instalada em uma localidade 
situada a uma altitude de 550 m, na qual bombeará água na 
temperatura de 30 °C. A perda de carga total na sucção é da ordem de 
0,6 mca, enquanto o fabricante estipula o NPSHr pelo seu equipamento 
é de 4,7 mca. Sabendo-se que o equipamento operará na condição não 
afogada, determine a altura estática de sucção máxima possível nestas 
condições de projeto. 
Exemplo 
Associação de Bombas Hidráulicas 
• Razões que levam a necessidade de associar bombas. 
 
1. Inexistência, no mercado, de bombas que possam, 
isoladamente atender a demanda à vazão de demanda. 
 
2. Inexistência, no mercado, de bombas que possam, 
isoladamente, atender à altura manométrica do projeto. 
 
3. Aumento da demanda com decorrer do tempo 
Associação de Bombas Hidráulicas 
1) ASSOCIAÇÃO EM PARALELO 
Quando duas ou mais bombas descarregam em uma mesma 
tubulação de recalque, de modo que cada uma delas contribua 
com uma parcela da vazão total. 
Qassoc = QA + QB 
Hmanassoc = HmanA = HmanB 
OBS: devem ser utilizadas bombas hidráulicas que operem na mesma 
faixa de pressão, não sendo aconselhável o uso de equipamentos 
hidráulicos muitos diferentes. 
Associação de Bombas Hidráulicas 
2) ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE 
Duas ou mais bombas hidráulicas estão operando em série 
quando a bomba anterior descarrega sua vazão diretamente na 
sucção da que lhe segue. 
Hmanassoc = HmanA + HmanB 
Qassoc = QA = QB 
OBS: Recomenda-se associar bombas que forneçam a mesma vazão. 
PROJETO 
• Comprimento da tubulação de recalque: 650m 
• Comprimento da tubulação de sucção: 10 m 
• Cota do nível da água: 55 m 
• Cota do conjunto moto bomba: 60 m 
• Cota do reservatório: 73 m 
• Vazão do sistema: 35000 L/h 
• Pressão de saída: 20 mca 
Pede-se: 
• Diâmetro da tubulação de recalque e sucção da bomba; 
• Escolha da bomba adequada; 
• Potência do motor elétrico e do transformador; 
• Estudo de cavitação; 
• Lista de materiais. 
• Orçamento.