sistemas elevatorios

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Profº Dr° Giovanni C. Penner
Faculdade de Engenharia 
Sanitária e Ambiental
Hidráulica Geral I
 Propriedades Físicas dos Fluídos;
 Análise dimensional e Semelhança Hidráulica;
 Estática dos Fluidos;
 Dinâmica dos Fluidos;
 Hidrometria para Condutos Forçados;
 Sistemas Elevatórios, Bombas e Cavitação.
Hidráulica Geral II
 Golpe de Aríete;
 Escoamento em Superfícies Livres;
 Canais – Escoamento Permanente e Uniforme;
 Ressalto Hidráulico;
 Hidrometria para Condutos Livres;
 Escoamento Permanente Gradualmente Variado.
Objetivos Instrucionais
 Ao final da aula o “aluno” deverá ser capaz de:
 Identificar a necessidade de um sistema elevatório;
 Elencar os principais componentes do sistema 
elevatório;
 Determinar as grandezas para a escolha da bomba 
e fazer a seleção da bomba centrífuga apropriada;
 Determinar o diâmetro econômico das tubulações 
de recalque e sucção.
Introdução
Discutiu-se até agora no curso o escoamento aproveitando a
energia potencial para o transporte da água.
No entanto, não são possíveis sempre que:
As cidades estiverem em cotas elevadas em relação aos
mananciais próximos;
Distância acentuada dos mananciais que se encontram em
posição mais alta que a cidade;
Um sistema elevatório é o conjunto de tubulações, acessórios,
bombas e motores necessários para transportar uma certa
vazão de um reservatório inferior para local mais elevado.
Componentes de uma estação elevatória
Equipamento eletro-mecânico:
– Motores;
– Bombas.
Tubulações:
– Sucção;
– Barrilete;
– Recalque.
Construção civil:
– Poço de sucção;
– Casa de bomba.
Corte de uma bomba centrífuga 
horizontal de simples estágio
Carcaça
Rotor
Vedação
Mancal
Corte de uma bomba centrífuga de simples 
estágio com rotor de dupla sucção
Atualmente, há um 
predomínio total das 
bombas centrífugas em 
sistemas de abastecimento 
de água...
Bomba centrífuga com 
carcaça tipo voluta com 
rotor radial fechado de 
sucção simples
Bomba centrífuga 
bipartida axialmente
com rotor radial de 
dupla sucção
Quanto à admissão de líquido
– Rotor de simples sucção
– Rotor de dupla sucção
Quanto às paredes
– Rotor aberto
– Rotor semi-aberto
– Rotor fechado
Quanto à direção de saída do líquido
– Rotor de fluxo axial
– Rotor de fluxo radial
– Rotor de fluxo misto
TIPOS DE ROTOR
Fechado
Semiaberto
Aberto
Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor
Bombas de fluxo radial
Bomba de fluxo axial
Bombas de fluxo misto
N: rotação da bomba (rpm)
Q: vazão (m3/s)
H = altura manométrica (m)34q
N Q
N
H

Classificação segundo a rotação específica
Eixo horizontal de sucção simples
Bipartida sucção dupla (base única para bomba e motor)
Eixo vertical prolongado
Grandezas Características
A escolha da bomba é feita através de:
Vazão a ser bombeada;
Altura manométrica total capaz de vencer o desnível e as 
perdas de carga envolvidas;
Outras grandezas: a rotação, a potência absorvida e a 
eficiência.
Vazão a ser Bombeada
Depende do tipo de consumidor:
Doméstico - população a ser atendida;
Comercial – usos, funcionários e clientes;
Industrial – processos e operários;
Agrícola – área a ser irrigada e tipo de cultura.
Este assunto será discutido em outras disciplinas!
Altura Manométrica
Altura manométrica total em metros (Hman):
Altura geométrica –> Hg = Hg,S + Hg,R (m)
Somatório das perdas de carga distribuídas e localizadas 
na tubulação de sucção –> (m)
Somatório das perdas de carga distribuídas e localizadas 
na tubulação de recalque –> (m)
𝐻𝑚𝑎𝑛 = 𝐻𝑔 + ∆𝐻𝑆 + ∆𝐻𝑅
 ∆𝐻𝑆 = 𝐽 ∙ 𝐿𝑠 + 𝐽 ∙ 𝐿𝑒𝑞_𝑆
 ∆𝐻𝑅 = 𝐽 ∙ 𝐿𝑅 + 𝐽 ∙ 𝐿𝑒𝑞_𝑅
Altura Manométrica
Bomba horizontal não afogada
NA
NA
Hg,r
Hg,s
poço de
sucção
DHr
DHs
motor e
bomba
eixo da
bomba
Hm = Hg+DH
DH = DHs+DHr
Hg = Hg,s+Hg,r
(Hg,s > 0)
- o NA pode ser 
variável...
- Verificar a 
situação crítica
Altura Manométrica
Bomba horizontal afogada
NA
NA
Hg
poço de
sucção
DHr
DHs
motor e
bomba
eixo da
bomba
Hm = Hg+DH
DH = DHs+DHr
Hg = Hg,s+Hg,r
(Hg,s < 0)
Altura Manométrica
Bomba vertical afogada (e submersa)
NA
NA
Hg
poço de
sucção
Hm = Hg+DHr
DHr
bomba
motor
Rotação
Rotação -> caracterizada pela velocidade que a máquina de 
acionamento imprime à bomba. No caso de motor elétrico, essa 
velocidade é função direta da frequência ou ciclagem da 
corrente e do número de polos que possui o motor.
Bomba de alta rotação 3.000 a 3.600 rpm
Bomba de média rotação 1.500 a 1.800 rpm
Bomba de baixa rotação 1.200 rpm ou menor
𝑟𝑝𝑚 =
120 ∙ 𝑓
𝑛
f = frequência da corrente (60hz) e n = número de polos
Eficiência ou rendimento da bomba
Eficiência ou rendimento da bomba -> nem toda a energia 
cedida pelo motor é aproveitada pela água, devido às perdas 
existentes na bomba.
 =
𝑃𝑢
𝑃𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎
𝑃𝑢 =
𝛾 ∙ 𝑄 ∙ 𝐻𝑚𝑎𝑛
75
Pu = potência útil em CV (cavalo vapor)
Q = vazão (m3/s)
Hman = altura manométrica (m)
 = peso específico da água (kgf/ m3)
75 = fator de compatibilização de unidades (CV)
Potência absorvida pela bomba
Potência absorvida pela bomba (CV)
𝑃 =
𝛾 ∙ 𝑄 ∙ 𝐻𝑚𝑎𝑛
75 ∙ 
𝑃 =
1.000 ∙ 𝑄 ∙ 𝐻𝑚𝑎𝑛
75 ∙ 
P = potência total absorvida pela em CV
 = eficiência da bomba
Curvas Características das Bombas Centrífugas
As bombas centrífugas são máquinas que podem trabalhar à 
mesma rotação, sob diferentes condições de vazão e de altura 
manométrica;
Interdependência destes valores, de conformidade com a vazão 
bombeada e a altura manométrica da bomba, operando a uma 
velocidade constante;
Cada bomba é projetada para elevar uma determinada vazão a 
uma altura manométrica total em condições de máximo 
desempenho -> a medida que o conjunto Q, Hman se afasta 
destas condições, o rendimento da bomba tende a cair.
Exemplo - Curvas Características
Exemplo - Curvas Características
 NPSHr
 Curvas
da Bomba
Diâmetro 
do rotor
Rendimento 
da bomba
Diâmetro 
do rotor
Curva característica do sistema elevatório
É a curva que relaciona a Hman do sistema de elevação 
do líquido com a vazão de bombeamento;
Para o traçado da curva, é necessário definir os 
diâmetros das tubulações de sucção, recalque e 
barrilete.
Curva característica do sistema elevatório
vazão (m³/s)
a
lt
u
ra
m
a
n
o
m
é
tr
ic
a
(m
H
2
O
)
Hg
DH
ponto de
operação
Do catálogo 
do fabricante
Fórmula Universal 
ou Hazen-Williams
QBombeada
Cavitação
Processo de criação e colapso de bolhas, originadas quando a 
pressão do líquido atinge a tensão máxima do vapor do líquido na 
sua temperatura;
Pode aparecer em estruturas fixas (válvulas, orifícios, curvas, sifões, 
etc.) e em máquinas hidráulicas (bombas e turbinas);
Causa sérios problemas na operação de bombas, pois pode:
 Reduzir a capacidade e eficiência da bomba;
 Causar danos ao rotor;
 Provocar ruídos e vibração na bomba.
Existe perigo de cavitação principalmente quando as bombas operam 
com altas velocidades de rotação e capacidade superior àquela 
relativa ao ponto ótimo de funcionamento.
Cavitação no Sistema Elevatório
Cavitação não é corrosão!
NPSH
NPSH do inglês “Net positive suction head” é a sigla usada para 
designar a energia disponível na sucção, isto é, a disponibilidade de 
energia que faz com que a água consiga alcançar as pás do rotor da 
bomba. Considera-se dois valores:
NPSH Requerido, que é uma característica hidráulicada bomba, 
fornecido por um gráfico do fabricante;
NPSH Disponível, que é uma característica das instalações de sucção, 
sendo calculado por:
𝑵𝑷𝑺𝑯𝑫𝒊𝒔𝒑𝒐𝒏í𝒗𝒆𝒍 = ±𝑯+
𝒑𝒂 − 𝒑𝒗
𝜸
− ∆𝑯𝑺𝒖𝒄çã𝒐
+ H = Carga ou altura da água na sucção (entrada afogada);
- H = Altura de aspiração;
pa = Pressão atmosférica no local;
pv = Pressão de vapor da água;
 = Peso específico;
DHSucção = Soma de todas as perdas de carga na sucção.
Para que a bomba funcione corretamente é necessário que:
𝑵𝑷𝑺𝑯𝑫𝒊𝒔𝒑𝒐𝒏í𝒗𝒆𝒍 ≥ 𝑵𝑷𝑺𝑯𝑹𝒆𝒒𝒖𝒆𝒓𝒊𝒅𝒐
NPSH Disponível
+ H- H
Carga ou altura da água na sucção 
(entrada afogada)
Altura de aspiração
NPSH Disponível
Pressão de vapor da água em 
função da temperatura
T (°C) Pv/ (m H2O) Observações
0 0,062
2 0,072
4 0,083
6 0,095
8 0,109
10 0,125
15 0,174
20 0,238
25 0,323
30 0,433
40 0,752
50 1,258
60 2,031
80 4,827
100 10,332
T = temperatura 
Pv/ = altura 
equivalentede 
coluna de água
Pressão atmosférica em 
função da altitude
h (m)
Patm/ 
(m H2O)
Observações
0 10,33
300 9,96
600 9,59
900 9,22
1200 8,88
1500 8,54
1800 8,20
2100 7,89
2400 7,58
2700 7,31
3000 7,03
h = altitude 
Patm/ = altura de 
coluna de água 
equivalente a 
pressão 
atmosférica
𝒑𝒂
𝜸
= 𝟏𝟑, 𝟔 ∙
𝟕𝟔𝟎 − 𝟎, 𝟎𝟖𝟏 ∙ 𝒉
𝟏𝟎𝟎𝟎
Ou pela equação:
Sendo “h” a elevação local em metros.
NPSH Requerido
Depende de elementos de projeto da 
bomba e da vazão, sendo geralmente 
fornecido pelo fabricante das bombas.
Cavitação do Sistema Elevatório
Folga mínima: 0,5 mH2O ou 20% (melhor acima 
de 1,5 mH2O ou 35%)
N
P
S
H
 (
m
)
fo
lg
a
Q (m³/s)
cavitação!
Q
Calculado 
Catálogo da 
bomba
Associação de Bombas
Várias são as razões que levam à necessidade de 
associar bombas:
 Quando a vazão é grande e não há no mercado 
comercial, bombas capazes de atender a demanda 
pretendida;
 Ampliações;
 Inexistência de bombas comerciais para grandes 
alturas manométricas.
Associação de Bombas
Basicamente quando as vazões são amplas 
utilizam-se bombas em paralelo e para grandes 
alturas manométricas, utiliza-se em série.
Bombas em Paralelo
As vazões das curvas das bombas são somadas
o novo ponto de operação não corresponde à soma das vazões 
que ocorreriam com cada bomba operando individualmente 
aumenta a perda de carga e a altura manométrica!
vazão (m³/s)
a
lt
u
ra
m
a
n
o
m
é
tr
ic
a
(m
H
2
O
)
Hg
DH
ponto de 
operação com a 
bomba 1
ponto de 
operação com a 
bomba 2 ponto de 
operação com as 
bombas 1 e 2
em paralelo
Qr2b
Bombas em Série
vazão (m³/s)
a
lt
u
ra
m
a
n
o
m
é
tr
ic
a
(m
H
2
O
)
curva do
sistema
As alturas 
manométricas 
das curvas das 
bombas são 
somadas
associação
bombas 1+2
Hg
DH
ponto de 
operação com 
as bombas 1 e 
2 em série
Projeto de Sistemas Elevatórios
Número de bombas:
 pequena elevatória: 2 bombas (1 + 1 reserva)
 média elevatória: 3 bombas (2 + 1 reserva)
 grande elevatória: várias bombas
Localização:
 próxima ou no meio do manancial (captação, água bruta)
 junto ou próximas às ETAs (água tratada)
 junto ou próximas aos reservatórios de distribuição
 para reforço na adução ou na rede de distribuição (booster)
Escolha: disponibilidade e custo do terreno, energia, topografia, 
características do solo, acesso, desníveis, traçado da adutora, 
interferências, etc. 
implantação
em etapas...
Projeto de Sistemas Elevatórios
Instalação dos conjuntos motor-bomba
 Poço seco:
conjunto motor-bomba de eixo horizontal
conjunto vertical de eixo prolongado, bomba não submersa
conjunto motor-bomba de eixo vertical, bomba não submersa
 Poço úmido:
conjunto vertical de eixo prolongado, bomba submersa
conjunto motor-bomba submerso.
 Estação pressurizadora ou “booster”:
podem ser utilizados vários tipos de conjuntos motor-bomba. 
Projeto de Sistemas Elevatórios
Estação elevatória de água 
tratada da cidade de Lins
Estação elevatória de recalque dos 
poções I e III da cidade de Fernandópolis
Estação elevatória da cidade de 
Fernandópolis
Estação elevatória do poção I da 
cidade de Jales
Projeto de Sistemas Elevatórios
Estação elevatória da cidade de 
Monte Alto
Casa de bomba da elevatória EE-1 
Canoas da cidade de Franca
Estação elevatória de água 
tratada da cidade de Riolândia
Estação elevatória da cidade de Ubatuba
Projeto de Sistemas Elevatórios
Casa de bomba da elevatória de 
água tratada de Taiaçupeba, RMSP
Casa de bomba de uma elevatória da 
cidade de Franca
Estação elevatória de água tratada 
do Sistema Alto Tietê, RMSP
Estação elevatória de água 
bruta da cidade de Taubaté
Canalização de Recalque - Dimensionamento
Em teoria o diâmetro da linha de recalque pode ser qualquer. Caso
seja adotado um diâmetro grande teremos pequenas perdas de
carga, e como consequência, a potência do conjunto elevatório será
reduzida. As bombas terão custo baixo, mas a linha de recalque
custará mais.
Por outro lado, se for usado um diâmetro pequeno, teremos perdas
elevadas, exigindo maior potência para as máquinas. O custo da
canalização será baixo e o conjunto elevatório será dispendioso,
consumindo mais energia.
Em geral é usada a fórmula de Bresse quando considerado o
funcionamento contínuo, isto é, 24h:
𝐷 = 𝐾 ∙ 𝑄 𝐾 =
𝐷
𝑄
K – Coeficiente que varia de 0,7 a 1,5;
D – diâmetro (m);
Q – Vazão (m3/s).
Canalização de Recalque - Dimensionamento
A fórmula de Bresse calcula o diâmetro da tubulação de recalque,
sendo que, na prática, para a tubulação de sucção adota-se um
diâmetro comercial imediatamente superior.
𝑄 = 𝑣 ∙ 𝐴 = 𝑣 ∙
𝜋 ∙ 𝐷2
4
4 ∙ 𝑄
𝜋 ∙ 𝑣
= 𝐷2
2
𝜋 ∙ 𝑣
=
𝐷
𝑄
𝑲 =
𝟐
𝝅 ∙ 𝒗
Valores de K Valores de v (m/s)
0,8 2,00
0,84 1,80
0,9 1,60
1,1 1,06
1,3 0,75
1,5 0,57
Canalização de Recalque - Dimensionamento
Em geral adota-se uma faixa de velocidades entre 1 e 2m/s e
determina-se os diâmetros comerciais possíveis. Daí faz-se uma
análise econômica de aquisição e implantação para cada um dos
diâmetros encontrados.
Para bombas que funcionam apenas algumas horas é usada a
seguinte modificação:
𝑫 𝒎 = 𝟏, 𝟑 ∙ 𝒙𝟏/𝟒 ∙ 𝑸(𝒎𝟑/𝒔)
𝑥 =
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎
24
Em prédios residenciais adota-se um tempo máximo de enchimento
do reservatório superior de 6 horas, segundo a NBR-5626.
Canalização de Sucção
Na prática adota-se um diâmetro comercial acima
do diâmetro de recalque, para manter a
velocidade reduzidas e evitar a formação de
vórtice na sução.
Lição de casa:
 Ler apostila “Sistemas Elevatórios” 
disponibilizada pelo professor.
 Livro: Manual de Hidráulica - Azevedo 
Neto 8ª edição. p 269-324.
 Livro: Hidráulica Básica. EESC-USP, 
1998. 519 p. p 123-159.
Bibliografia
Exercícios
logo depois do intervalo!