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Aula basica de hidraulica, referente a

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UNIP 
CAMPUS – SÃO JOSÉ DOS CAMPOS – DUTRA 
ENGENHARIA CIVIL – 5º E 6º SEMESTRES 
HIDRÁLICA E HIDROLOGIA APLICADA 
TEXTO COMPILADO DO MATERIAL, QUE SE ENCONTRA DISPONÍVEL NA INTERNET 
 
INSTALAÇÕES DE RECALQUE 
 
 
1. Conceitos Gerais 
 Um dos problemas mais frequentes da Hidráulica é o transporte de líquidos de um ponto 
para outro. Se o transporte for feito em sentido descendente, aproveita-se a energia potencial 
do líquido – o transporte é feito por gravidade. Se o sentido for ascendente, há necessidade de 
se fornecer energia ao líquido – isso é feito pela bomba, através do sistema de recalque. 
 Sistema de recalque é o conjunto formado pelas tubulações, bombas, motores e 
acessórios necessários para transportar uma certa vazão de líquido de um reservatório na cota 
Z1 para outro, na cota Z2, superior. 
 Um sistema de recalque é composto, normalmente, por três partes: 
a) Tubulação de Sucção: é a tubulação que liga o reservatório inferior à bomba. Inclui 
acessórios tais como: válvula de pé, crivo, registros, curvas, reduções etc... 
b) Tubulações de Recalque: é a canalização que liga a bomba ao reservatório superior. Inclui 
acessórios como: registros, válvulas de retenção, curvas, etc... 
c) Conjunto Moto-Bomba: é o coração do sistema, que transforma energia elétrica em 
mecânica e a transmite ao líquido. 
 
Figura 1 - Exemplo de uma Instalação de Recalque 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Dimensionamento da tubulação de recalque 
 
O conjunto de tubulações de recalque compreende desde a saída da bomba até a 
chegada ao reservatório superior. 
Nas edificações, o conjunto moto-bomba nunca é dimensionado para trabalhar durante 
24 horas. 
A vazão de recalque é calculada, portanto, como a razão entre o volume do reservatório 
superior e o tempo de bombeamento. 
O dimensionamento da tubulação faz-se com a utilização da fórmula de Forchheimer: 
 
4
3,1 XQD 
 
onde: 
 D = diâmetro da tubulação, em metros; 
 Q = vazão, em m3/s; 
 X = número de horas de funcionamento da bomba/24horas. 
 Encontrado um diâmetro, adota-se o diâmetro comercial mais próximo. 
 
3. Dimensionamento da tubulação de sucção 
Adota-se a bitola comercial imediatamente acima do diâmetro de recalque encontrado. 
 
4. Dimensionamento do conjunto moto-bomba 
 
Para a escolha do conjunto moto-bomba, segue-se os passos abaixo: 
 
a) Calcular a altura manométrica 
 
HHH
Gm

 
 onde: 
 Hm = altura manométrica; 
 HG = altura geométrica; 
 H = perda de carga total. 
 
A altura geométrica é a diferença de cota entre a entrada da sucção e a saída do 
recalque. A perda de carga total compreende as perdas de carga distribuídas e as localizadas 
que ocorrem, tanto no trecho de sucção quanto no de recalque. 
 
b) Determinar as características do conjunto moto-bomba 
 
b.1) Potência a fornecer ao fluido 
 
𝑁 = 𝛾.𝑄.𝐻 
 onde: 
 N = potência necessária para elevar o fluido de uma altura H; 
 γ = peso específico da água; 
 Q = vazão da bomba, em m3/s; 
 H = altura manométrica, em m. 
 
b.2) Potência da bomba 
 
𝑁𝐵 =
𝑁
𝜂𝐵
=
𝛾.𝑄.𝐻
𝜂𝐵
 
 onde: 
 NB = potência da bomba; 
 ηB = rendimento da bomba, usualmente entre 0,5 a 0,7. 
b.3) Potência do motor 
 
𝑁𝑀 =
𝑁𝐵
𝜂𝑀
 
 
onde: 
 NM = potência do motor elétrico; 
 ηM = rendimento do motor elétrico, entre 0,9 e 0,95. 
 
 
c) Verificar as condições de funcionamento da instalação 
 O perfeito funcionamento de um sistema de recalque implica que a bomba não 
esteja sujeito ao fenômeno da cavitação. 
 Cavitação é o processo pelo qual a água, numa determinada região do sistema, 
passa do estado líquido para o gasoso e, logo após, volta ao estado líquido com grande 
liberação de energia. Essa liberação de energia provoca danos de considerável monta nas 
paredes da bomba ou tubulação, no ponto onde ocorre. 
 Para evitar a cavitação, deve-se ter: 
 
NPSHd > NPSHr 
 
c.1) NPSH disponível 
 É uma característica da instalação. NPSH é uma sigla em inglês que significa: 
“net pressure suction height” – altura líquida de pressão de sucção. 
 
Para uma instalação não afogada: 
 
s
va
d
Hz
pp
NPSH 

 
 
 
Figura 2 – Bomba não afogada 
 
Para uma instalação afogada: 
 
Hz
pp
NPSH
va
d


 
 
 
Figura 3 Bomba afogada 
 
 
 
 
 
c.2) NPSH requerido 
 É uma característica da bomba e, portando, um dado fornecido pelo fabricante. 
Em geral, é fornecido por meio de um gráfico: 
 
 
Figura 4 – Curva característica da Bomba 
 
c.3) Condição para não cavitar: 
 
rd
NPSHNPSH 
 
 
c.4) Pressão Atmosférica 
 Pa = 760 mm/Hg = 10,33 mca 
 
c.5) Pressão de Vapor 
 É fornecido por meio de tabelas. Depende da temperatura ambiente e do líquido. 
 
 
Geralmente, o objetivo nas instalações é a seleção e a determinação da potência da 
máquina hidráulica instalada. 
Esse procedimento será discutido mais tarde. 
Discutiremos agora o fenômeno da cavitação. 
 
O que é a cavitação? 
A palavra cavitação tem origem do latim “cavus” que significa buraco ou cavidade e é 
utilizada para descrever o processo de nucleação, crescimento e colapso das bolhas de vapor 
em um fluido. A cavitação é um fenômeno físico pertinente somente à fase líquida das 
substâncias, podendo ser observado em diversos sistemas hidrodinâmicos como em hélices de 
navios, bombas radiais, bombas centrífugas, turbinas e válvulas, sendo na maioria das vezes 
indesejada a sua presença, pois provoca redução na eficiência do equipamento (Koivula, 2000) 
e desgaste superficial por erosão. A perda da eficiência está associada a três efeitos 
pertinentes à cavitação: geração de ruído, vibração e a erosão. 
 
Analisando-se a figura 1, pode-se observar que ao aplicar a equação de energia entre as 
seções (1) e (e) de entrada da bomba tem-se: 
 
H1 = He + H1-e 
 
Adotando-se o PHR em (1) e sendo o reservatório de grandes dimensões e aberto à 
atmosfera, conclui-se que H1 = 0. 
 
A energia em (e) será: 
𝐻𝑒 =
𝑣𝑒
2
2𝑔
+
𝑝𝑒
𝛾
+ 𝑧𝑒 
 
A perda de energia, ou seja, a perda de carga será composta pelas perdas de cargas 
distribuídas ou contínuas somadas às perdas de cargas singulares ou localizadas. Sendo 
assim tem-se: 
𝐻1−𝑒 = 𝑕𝑓1−𝑒 + ∆𝑕1−𝑒 
 
Logo: 
0 =
𝑣𝑒
2
2𝑔
+
𝑝𝑒
𝛾
+ 𝑧𝑒 + 𝑕𝑓1−𝑒 + ∆𝑕1−𝑒 
 
 
 
Sendo assim: 
 
𝑝𝑒
𝛾
= − 
𝑣𝑒
2
2𝑔
+ 𝑧𝑒 + 𝑕𝑓1−𝑒 + ∆𝑕1−𝑒 
 
Percebe-se que o termo entre os parênteses é positivo, portanto: 
 
𝑝𝑒
𝛾
< 0 
 
Em relação à pressão absoluta, tem-se: 
 
𝑝𝑒𝑎𝑏𝑠 = 𝑝𝑒 + 𝑝𝑎𝑡𝑚 
 
Portanto: 
𝑝𝑒𝑎𝑏𝑠 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 − 𝛾. 
𝑣𝑒
2
2𝑔
+ 𝑧𝑒 + 𝑕𝑓1−𝑒 + ∆𝑕1−𝑒 
 
 
Onde 𝑝𝑒𝑎𝑏𝑠 é a pressão absoluta em (e), pe é a pressão efetiva em (e) e patm é a pressão 
atmosférica local. 
 
Pode-se determinar se haverá o fenômeno da cavitação comparando-se a 𝑝𝑒𝑎𝑏𝑠 com a 
pressão de vapor (pv) do fluido. Se a 𝑝𝑒𝑎𝑏𝑠 for menor que pv, ocorrerá a cavitação. 
Portanto, é necessário dimensionar as instalações de recalque de forma a se obter 
pressões absolutas à entrada da bomba superiores às pressões de vapor dos fluidos utilizados. 
Os fluidos variam sua pressão de vapor com a variação das temperaturas. Para o caso 
específico da água tem-se a tabela abaixo. 
 
 
 
Analisando-se a equação abaixo: 
 
𝑝𝑒𝑎𝑏𝑠 = 𝑝𝑎𝑡𝑚 − 𝛾. 
𝑣𝑒
2
2𝑔
+ 𝑧𝑒 + 𝑕𝑓1−𝑒 + ∆𝑕1−𝑒 
 
Observa-se que para 𝑝𝑒𝑎𝑏𝑠 > 𝑝𝑣 , é necessário obter-se algumas das condições: 
 
a) Menor velocidade de sucção. Para uma vazão pré-determinada isso só pode ser 
obtido com o aumento do diâmetro da tubulação de sucção. 
b) Menor cota ze. Às vezes, a máquina (bomba) deverá trabalhar