Aula 10 Estacoes Elevatorias Bombas 2016

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Aula 10 – Estações 
Elevatórias – Bombas.
Eng. Civil Marcelo Botini Tavares
10.1 – INTRODUÇÃO
10.2 – ALTURA TOTAL E ALTURA MANOMÉTRICA
10.3 – POTÊNCIA DOS CONJUNTOS ELEVATÓRIOS
10.4 – VELOCIDADE MÁXIMA NAS TUBULAÇÕES
10.5 – CANALIZAÇÃO DE SUCÇÃO E RECALQUE
10.5.1 Canalização de sucção
10.5.2 Canalização de recalque
10.6 – NPSH
10.1 INTRODUÇÃO
Grande parte do que foi discutido nas aulas anteriores 
referiu-se ao escoamento por gravidade, no qual há o 
aproveitamento da energia potencial de posição para o 
transporte de água.
Em muitos casos, entretanto, não há esta disponibilidade 
de cotas topográficas, sendo necessário transferir energia 
para o líquido através de um sistema eletromecânico que 
denominamos de sistema de recalque ou elevatório.
Um sistema de recalque ou elevatório é o conjunto de 
tubulações, acessórios, bombas e motores necessário para 
transportar uma certa vazão de água ou qualquer outro 
líquido de um reservatório inferior R1, na cota Z1 para outro 
reservatório superior R2, na cota Z2 > Z1.
Um sistema de recalque é composto, em geral, de três 
partes: tubulação de sucção, conjunto elevatório e 
tubulação de recalque.
a) Tubulação de sucção: que é constituída pela 
canalização que liga o reservatório inferior R1 à bomba, 
incluindo acessórios;
b) Conjunto elevatório: constituído por uma ou mais 
bombas e respectivos motores;
c) Tubulação de recalque: constituída pela 
canalização que liga a bomba ao reservatório superior R2, 
incluindo acessórios.
A instalação de uma bomba em um sistema de recalque 
pode ser feita de duas formas distintas:
- bomba afogada: quando a cota de instalação do eixo 
da bomba está abaixo da cota do nível d’água no 
reservatório inferior R1.
- bomba não afogada: quando a cota de instalação do 
eixo da bomba está acima da cota do nível d’água no 
reservatório inferior R1.
Bomba não afogadaBomba afogada
10.2 ALTURA TOTAL E ALTURA MANOMÉTRICA
O conjunto elevatório deverá vencer a diferença de nível 
entre os dois pontos mais as perdas de carga em todo o 
percurso (perda por atrito ao longo da canalização e 
perdas localizadas devidas às peças especiais).
Denominam-se:
Hg = altura geométrica, isto é, a diferença de nível;
Hs = altura de sucção, isto é, altura do eixo da bomba 
sobre o nível inferior;
Hr = altura de recalque, ou seja, altura do nível superior em 
relação ao eixo da bomba.
𝐻𝑔 = 𝐻𝑠 + 𝐻𝑟
Hman = altura manométrica, que corresponde a altura 
geométrica + perdas de carga totais (hf).
𝐻𝑚𝑎𝑛 = 𝐻𝑔 + ℎ𝑓
10.3 POTÊNCIA DOS CONJUNTOS ELEVATÓRIOS
A potência recebida pela bomba, potência esta fornecida 
pelo motor que aciona a bomba, é dada pela expressão:
𝑃 =
𝛾𝑄𝐻𝑚𝑎𝑛
75𝜂
Sendo:
P = potência em cv ou HP;
Q = vazão em m³/s;
γ = peso específico do líquido a ser levado (água: 1.000 
kgf/m³);
Hman = altura manométrica em m;
η = rendimento global do conjunto elevatório;
𝜂 = 𝜂𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 × 𝜂𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
10.4 VELOCIDADE MÁXIMA NAS TUBULAÇÕES
Os diâmetros das entradas e das saídas das bombas não 
devem ser tomados como indicações para os diâmetros 
das tubulações de sucção e de recalque. 
Para as tubulações, adotam-se diâmetros maiores, com o 
objetivo de reduzir as perdas de carga.
A velocidade da água na boca de entrada das bombas, 
geralmente, está compreendida entre 1,5 a 5 m/s, 
podendo tomar-se 3 m/s como um termo médio 
representativo. 
10.5 CANALIZAÇÃO DE SUCÇÃO E RECALQUE
10.5.1 Canalização de sucção
A canalização de sucção deve ser a mais curta possível, 
evitando-se ao máximo peças especiais, como curvas, 
cotovelos, etc.
Ela geralmente tem um diâmetro comercial 
imediatamente superior ao da tubulação de recalque.
10.5.2 Canalização de recalque
Na linha de recalque, se for adotado um diâmetro 
relativamente grande, resultarão perdas de carga 
pequenas, porém a potência do conjunto elevatório será 
reduzida. 
As bombas serão de custo mais baixo, mas o custo da 
linha de recalque será elevado.
Se for estabelecido um diâmetro relativamente pequeno, 
resultarão perdas elevadas, exigindo maior potência para 
as máquinas. 
O custo da canalização será baixo e os conjuntos 
elevatórios serão dispendiosos, consumindo mais energia.
Utiliza-se um diâmetro conveniente para o qual o custo 
total das instalações é um mínimo, que é dado por:
𝐷 = 𝐾 𝑄
que é conhecida como fórmula de Bresse, aplicável às 
instalações de funcionamento contínuo. O coeficiente K 
varia de um modo geral, de 0,7 a 1,5.
Quadro 10.1 – Fórmula de Bresse (𝑫 = 𝑲 𝑸 ). Diâmetro econômico das 
canalizações de recalque (funcionamento contínuo).
A adoção da fórmula de Bresse equivale à fixação de 
uma velocidade média a que se denomina velocidade 
econômica.
A velocidade nas canalizações de recalque, geralmente, 
é superior a 0,66 m/s, raramente ultrapassando 2,4 m/s. 
Esse limite superior é mais comumente encontrado nas 
instalações em que as bombas funcionam apenas 
algumas horas por dia.
Valores de K Valores de v (m/s)
0,90 1,60
1,10 1,06
1,30 0,75
1,50 0,57
Para o dimensionamento das linhas de recalque de 
bombas que funcionam apenas algumas horas por dia, 
propôs-se a fórmula:
𝐷 = 1,3𝑋1/4 𝑄
sendo
𝑋 =
𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎
24
10.6 NPSH
A sigla NPSH do inglês: “Net Positive Suction Head” é 
adotada universalmente para designar a energia 
disponível na sucção, ou seja, sua carga positiva e efetiva.
São dois valores a serem considerados:
- NPSHrequerido, que é uma característica da bomba, 
fornecida pelo fabricante;
- NPSHdisponível, que é uma característica das instalações de 
sucção, que se pode calcular:
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛í𝑣𝑒𝑙 =
𝑝𝑎 − 𝑝𝑣
𝛾
+ 𝑍 − ∆ℎ𝑠
Sendo:
pa = pressão atmosférica no local (kgf/cm²);
pv = pressão de vapor
γ = peso específico;
Z = altura estática de sucção (m);
∆hs = somatório de todas as perdas de carga até a 
entrada da bomba.
Para que uma bomba funcione bem, é preciso que:
NPSHdisp. ≥ NPSHreq. 
10.7 CURVAS CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS 
CENTRÍFUGAS
As instalações para água, geralmente são equipadas 
com bombas centrífugas.
Os resultados de ensaio de uma bomba centrífuga, 
funcionando com velocidade constante (número de 
rotações por minuto), podem ser representados em um 
diagrama traçando-se as curvas características de carga, 
rendimento e potência absorvida em relação à vazão.
Exercício 10.1 – Dimensionar a linha de recalque 
esquematizada na figura, com o critério de economia, e 
calcular a potência do motor para as condições 
seguintes:
Vazão = 30 l/s
Período de funcionamento = 24 horas
Altura de sucção (Hs ) = 2,5 m
Altura de recalque (Hr) = 37,5 m
Utilizar K = 1,2 para cálculo do diâmetro e C= 100. 
Considerar rendimento da bomba de 80% e do motor de 
87%.
Exercício 10.2 – A vazão de água recalcada por uma bomba 
é de 4500 l/min. Seu conduto de sucção, horizontal, tem 
diâmetro de 0,30 m e possui um manômetro diferencial, 
como apresentado na figura. Seu conduto de saída, tem 
diâmetro de 0,20 m e carga piezométrica igual a 7,0m. 
Supondo o rendimento da bomba igual a 80%, qual a 
potência necessária para realizar este trabalho? Dado: 
densidade do mercúrio dm = 13,6.