Aulas 4 e 5 Recalque e adução (1)

Prévia do material em texto

AULA 4 – RECALQUE E ADUÇÃO
UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO 
Engenharia Civil Disciplina
Saneamento Básico
Adutoras
Tubulação que conduz a água da captação até a ETA 
(adutora de água bruta) e da ETA até os reservatórios 
(adutora de água tratada). 
(TSUTIYA, 2006).
Adutoras
Adutoras por gravidade
(TSUTIYA, 2006).
Adutoras por recalque
(TSUTIYA, 2006).
Adutoras mistas
(TSUTIYA, 2006).
Dimensionamento de adutoras por gravidade – conduto forçado
Exemplo 1: A adutora representada abaixo, que conduz água
do R1 para o R2, tem extensão de 1.200 m e deverá conduzir a
vazão de 60 l/s de água. Determine o diâmetro da tubulação
admitindo que o material a ser utilizado é PVC com
coeficiente de rugosidade igual a 140. Considere as perdas de
carga localizadas desprezíveis.
(HELLER e PÁDUA, 2010).
Dimensionamento de adutoras por gravidade – conduto forçado
Exemplo 2: A adutora representada abaixo, que conduz água do
R1 para o R2, tem extensão de 1.200 m e deverá conduzir a vazão
de 60 l/s de água. Determine o diâmetro da tubulação admitindo
que o material a ser utilizado é PVC com coeficiente de rugosidade
igual a 140. Considere as perdas de carga localizadas desprezíveis.
(HELLER e PÁDUA, 2010).
Dimensionamento de adutoras por recalque
• Pré-dimensionamento pela fórmula de Bresse:
D = 𝑘 𝑄
Onde:
D = diâmetro (m)
K = coeficiente de Bresse (valores usuais de 0,8 a 1,4) 
Q = vazão (m³/s)
• Estudo econômico considerando diferente diâmetros: 
Dimensionamento de adutoras por recalque
• Exemplo resolvido
(HELLER e PÁDUA, 2010).
Recalque ou estação elevatória
Transportar a água de uma cota inferior para uma cota superior, 
com o escoamento viabilizado pela presença de bombas 
hidráulicas que fornecem energia ao fluído (RODRIGUES, 2014).
Componentes da estação elevatória
(TSUTIYA, 2006).
Componentes da estação elevatória
(HELLER e PÁDUA, 2010).
1) Válvula de pé com crivo: válvula de retenção com presença de crivo que impede sucção 
de sólidos. Mantem bomba escorvada. 
2) Redução excêntrica: adapta tubulação de sucção (maior diâmetro) à entrada da bomba 
(menor diâmetro). Evita acumulo de bolhas de ar. 
3) Ampliação concêntrica: adapta tubulação de sucção (maior diâmetro) à entrada da 
bomba (menor diâmetro) 
4) Válvula de retenção: proteção contra retorno de água em caso de parada do motor
5) Válvula ou registro: manutenção
6) Bomba: transforma energia mecânica em energia de pressão
7) Motor: fornece energia mecânica a bomba
Componentes da estação elevatória
• Válvula de pé com crivo:
Dimensões poço de sucção (NBR 12.214/92)
Considerando o diâmetro (d) de sucção:
 Submergência mínima da seção de entrada 
da tubulação maior que 2,5.d e nunca 
inferior a 0,50 m;
 Folga entre o fundo do poço e a parte 
inferior da entrada entre 1,0 e 1,5.d e nunca 
inferior a 0,20 m;
 Distância mínima entre as paredes laterias
do poço e a tubulação 1,0.d e nunca inferior 
a 0,30 m;
 Distância da entrada do poço até o eixo da 
tubulação maior que 3.d.
Tubulações 
• Tubulação de sucção: mais curta possível, com o menor número de curvas 
e conexões (menor perda de carga), sempre ascendente.
• Barrilete: une a entrada ou a saída de bombas associadas em paralelo à 
tubulação de recalque ou sucção. Velocidade máxima = 3,0 ms e mínima 
= 0,60 m/s. 
• Tubulação de Recalque (Adutora): Localizada depois da bomba. 
Trechos de tubulações
Parâmetros Hidráulicos
• Vazão: vazão de projeto referente ao componente 
do sistema (Q1, Q2 ou Q3) levando em 
consideração período de operação da adução, 
quantidade de bombas e fato de serem bombas 
em série ou paralelo. 
• Altura manométrica
• Potência e rendimento do conjunto motobomba
- Hg,s: diferença entre o nível de água no poço de sucção e a linha de centro da bomba. 
Bomba não afogada Bomba afogada
- Hg,r: desnível entre a linha de centro da bomba e o nível de líquido onde chega a tubulação de recalque.
- Hg: desnível entre o nível do líquido onde chega a tubulação de recalque e o nível no poço de sucção.
- H: carga que deve ser vencida pela bomba, quando o líquido está sendo bombeado:
𝐇 = 𝐇𝐠 + ∆𝐇𝐬 + ∆𝐇𝐫 +
𝐕𝟐
𝟐𝐠
Onde:
H = altura manométrica total (m)
Hg = altura geométrica (m)
ΔHs = perda de carga total, distribuída e localizada, na tubulação de sucção (m)
ΔHr = perda de carga total, distribuída e localizada, na tubulação de recalque (m)
𝑉2
2𝑔
= carga cinética no recalque (m) (desprezível)
Altura manométrica (H ou Hman)
(TSUTIYA, 2006).
Potência e Rendimento
𝐏 =
𝛄𝐐𝐇
𝟕𝟓𝛈
• Pl = potência absorvida pelo conjunto motobomba (cv)
• 𝛾 = peso específico da água (kgf/m³)
• Q = vazão de recalque (m3/s)
• H = altura manométrica total (m)
• η = rendimento do conjunto motobomba
(TSUTIYA, 2006).
Cavitação
Pressão absoluta alcança o ponto de ebulição da água
Bolhas de vapor dentro da corrente
Colapso das bolhas em contato com a superfície sólida da bomba
Exposição a elevada tensão de tração
Ruído e desgaste das peças
(TSUTIYA, 2006).
NPSH disponível (NPSHd)
• Energia que o líquido possui em um ponto antes do flange de sucção da bomba, acima 
de sua pressão de vapor:
𝐍𝐏𝐒𝐇𝐝 = 𝐇𝐠, 𝐬 − ∆𝐇𝐬 +
𝐏𝐚𝐭𝐦
𝛄
−
𝐏𝐯𝐚𝐩𝐨𝐫
𝛄
Onde:
NPSHd = carga de sucção positiva disponível (m)
Hg,s = altura geométrica de sucção (positiva se bomba estiver afogada e negativa caso contrário (m)
ΔHs = somatória de todas as perdas de carga até o flange de sucção (m)
Patm = pressão atmosférica (N/m2)
Pvapor = pressão de vapor da água (N/m2)
𝛾 = peso específico da água (N/m3)
(TSUTIYA, 2006).
NPSH requerido (NPSHr)
• Característica da bomba, fornecida pelo fabricante.
PARA QUE NÃO OCORRA CAVITAÇÃO
NPSHd > NPSH, CONSIDERANDO:
 folga entre o NPSHd e o NPSHr, de no mínimo 0,50 m
 ou diferença de 50% entre os dois. 
(TSUTIYA, 2006).
Exemplo
• O sistema de recalque representado abaixo deverá recalcar 15 l/s (a 20ºC) de água
bruta captada no nível do mar (altitude = 0 m). O material da tubulação a ser utilizada
é aço galvanizado (C = 125). Sabe-se que a tubulação de sucção terá 4,2 m de extensão
e a de recalque 432 m. Determine o diâmetro a partir da equação de Bresse.
Determine o tipo de bomba e suas principais características a partir das bombas
disponíveis no mercado. Verifique se a energia disponível na sucção atende o
requerido para a bomba em questão e determine as dimensões do poço de sucção.
Associação de bombas em paralelo
• Uma bomba só não é capaz de atende a elevatória ou há 
necessidade de se elevar a vazão
• A tubulação de barrilete liga as bombas acopladas em 
paralelo
• Curva do sistema é obtida adicionando-se as abcissas vazão 
(Q) das curvas caraterísticas de cada bomba para uma mesma 
altura manométrica
(HELLER e PÁDUA, 2010).
Associação de bombas em série
• Utilizado quando se tem grande altura manométrica
• Recalque da bomba a montante é ligado a sucção da outra 
bomba a jusante ou vários rotores em uma mesma carcaça
• Curva do sistema é obtida somando-se as ordenadas altura 
manométrica (Hm) das curvas caraterísticas de caba bomba
(HELLER e PÁDUA, 2010).
Quantidade de bombas
• Elevatória de pequeno porte: 2 bombas (1 + 1 
reserva)
• Elevatória de médio porte: 3 bombas (2 + 1 
reserva)
• Elevatória de grande porte: várias bombas
Principais materiais utilizados
• Aço
Principais materiais utilizados
• Ferro fundido ductil
Principais materiais utilizados
• Polietileno
Principais materiais utilizados
• PVC
Principais materiais utilizados
• Poliéster ou PVC reforçado com fibrade vidro
Acessórios presentes em adutoras
• Válvulas de expulsão de ar (ventosas)
Acessórios presentes em adutoras
• Blocos de ancoragem
Transientes Hidráulicos em Conduto Forçado
• Situação em que o escoamento varia com o 
tempo, modificando a vazão e 
consequentemente a velocidade. Se está 
variação for rápida surgem ondas de pressão 
que percorrem a tubulação, provocando o 
golpe de aríete. 
Dispositivos de Controle para Minimizar 
Impactos Causados por Transientes Hidráulicos
(TSUTIYA, 2006).
Válvulas de retenção
• Impede o escoamento da água em sentido 
contrário, protegendo o sistema de 
bombeamento
(TSUTIYA, 2006).
Volante de inercia
• Mantêm a bomba operando por um determinado 
período após a queda de energia elétrica 
(aumentando a inercia), garantindo o 
escoamento da água pela tubulação por um 
determinado período 
(TSUTIYA, 2006).
Chaminé de equilíbrio
• Reservatório intermediário de fluxo variável que 
intercepta ondas de pressão numa tubulação. 
• Controle de subpressão e sobpressão.
(TSUTIYA, 2006).
Tanque Unidirecional (TAU)
• O escoamento do líquido ocorre no sentido do 
reservatório para a tubulação. 
• Atua somente quando há redução de pressão na 
rede.
(TSUTIYA, 2006).
Reservatório Hidropneumático
• Câmara estanque contendo água e ar em seu 
interior. 
• Absorve ou supri vazões e pressões de partidas e 
paradas das bombas hidráulicas.
(TSUTIYA, 2006).