Aula 9 Sistemas elevatórios NPSH

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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 (ou ponto) inferior para outro
reservatório (ou ponto) superior. Nos casos mais comuns
de sistema de abastecimento de água, ambos os
reservatórios estão abertos para a atmosfera e com níveis
constantes, o que permite tratar o escoamento como
permanente.
A)Tubulação de Sucção: Que é constituída pela canalização que liga o reservatório
inferior à bomba, incluindo os acessórios necessários, como válvula de pé com
crivo, registro, curvas, redução excêntrica etc.
B) Conjunto Elevatório: Que é constituído por uma ou mais bombas e respectivos
motores elétricos ou a combustão interna.
C) Tubulação de Recalque: Que é constituída pela canalização que liga a bomba ao
reservatório superior, incluindo registros, válvula de retenção, manômetros, curvas
e, eventualmente, equipamentos para o controle dos efeitos do golpe de aríete.
Principais Tipos de Bombas
As normas estabelecem quatro classes de bombas:
 Centrifugas
 Rotativas
 De êmbolo (ou de pistão)
 Poço profundo (tipo turbina)
As instaladas para água e esgoto geralmente são equipadas com bombas
centrifugas acionadas por motores elétricos.
PESQUISAR AS PRINCIPAIS 
CARACTERÍSTICAS DOS TIPOS 
DE BOMBAS
O conjunto elevatório
(bomba-motor) deverá
vencer a diferença de
nível entre os dois
pontos mais as perdas
de carga em todo o
percurso.
DENOMINA-SE:
Hg = a altura geométrica, isto é, a diferença de nível;
Hs = a altura de sucção, isto é, a altura do eixo da bomba
sobre o nível inferior;
Hr = a altura de recalque, ou seja, a altura do nível superior
em relação ao eixo da bomba;
Hg = Hs+ Hr;
H man= altura manométrica
Hp = Perda de carga total (correspondente a parte de sucção
mais a de recalque)
H man = Hs+ Hr+ hp
A potência recebida pela bomba, potência esta fornecida pelo motor que aciona a bomba, é
dada pela expressão:
Onde,
 P = potência do motor, (1CV = 0,986 HP),
 γ = peso específico do liquido a ser elevado (H2O=1000 kgf/m³),
 Q = vazão ou descarga, em m³/s,
 Hman = altura manométrica, em m,
 nb = é o coeficiente de rendimento global da bomba, que depende basicamente do porte e 
características do equipamento.
 A potência elétrica fornecida pelo motor que aciona a bomba, sendo
nm, o seu rendimento global, é dada por:
 onde: nm é o rendimento de motores elétricos
 Diâmetro de recalque
Para determinar o diâmetro de recalque tem que definir
anteriormente o tipo de operação do sistema moto-bomba,
isto é, se o mesmo é continuo ou não.
a) Sistema operado continuamente
O diâmetro de recalque é calculado pela Formula de Bresse a
seguir apresentada;
onde
D é o diâmetro, dado em metros,
Q é a vazão, em m³/s,
K é uma constante que depende da velocidade do recalque,
 Diâmetro de sucção
 A canalização de sucção é executada com um diâmetro imediatamente superior ao
do recalque. A canalização de sucção deve ser a mais curta possível, evitando-se
ao máximo as peças especiais. A altura máxima de sucção acrescida das perdas de
cargas deve satisfazer as especificações estabelecidas pelo fabricante das
bombas. Na prática, é muito raro atingir 7,00 m.
 Para a maioria das bombas centrifugas, a sucção deve ser inferior a 5 m.
OBS.: Considerar as perdas de cargas localizadas 
pelo método dos comprimentos virtuais:
SUCÇÃO:
Válvula de pé e crivo – 65m
Curva de 90 – 4,1m
Canalização de sucção – 2,5m
COMPRIMENTO VIRTUAL TOTAL – 71,6M
RECALQUE:
Válvula de retenção – 16m
Duas curvas de 90 – 6,6m
Registro de gaveta – 1,4
Saída de canalização – 6,0m
Canalização de recalque – 67,5 m
COMPRIMENTO VIRTUAL TOTAL – 67,5M
 b ) Sistema não operado continuamente (menos que 24 horas ao dia)
Para o dimensionamento das linhas de recalque de bombas que funcionam
apenas algumas horas por dia, Forchheimer propôs a seguinte formula:
sendo:
 X = a relação entre o número de horas de funcionamento diário do conjunto 
elevatório e 24 horas.
 Q = a vazão em m³/s.
Estima-se que um edifício com 55 pequenos apartamento
seja habitado por 275 pessoas. A água de abastecimento é
recalcada do reservatório inferior para o superior por meio
de conjuntos elevatórios. Dimensionar a linha de recalque,
admitindo um consumo diário provável de 200 litros/hab.
(máximo). As bombas terão capacidade para recalcar o
volume consumido diariamente, em apenas 6 horas de
funcionamento.
Cavitação
A cavitação é um fenômeno observável em líquidos,
não ocorrendo sob quaisquer condições normais em
sólidos ou gases. Pode-se comparativamente associar
a cavitação à ebulição.
Cavitação
Ebulição: um líquido "ferve" com aumento da
temperatura, sendo mantida a pressão constante.
Ex.: Sob condições normais de pressão (760 mm Hg), a
água ferve a 100º C.
Cavitação
Cavitação: um líquido "ferve“ com redução da
pressão, sendo mantida à temperatura constante. A
pressão com que o líquido começa a “ferver” chama-
se pressão de vapor ou tensão de vapor. Ex.: À
temperatura de 20º C a água “ferve” à pressão absoluta de
17,4 mm Hg = 0,24 m.c.a.
Ocorrência da Cavitação 
Quando o líquido atinge a Pv, vaporiza-se, liberando 
bolhas de gás. Se esta pressão for localizada em 
alguns pontos da entrada da bomba, as bolhas de 
vapor liberadas serão levadas pelo escoamento para 
regiões de pressões mais altas (região de saída do 
rotor). 
Em razão da pressão externa maior que a pressão 
interna ocorre a implosão das bolhas (colapso das 
bolhas).
Efeitos da cavitação
Efeito químico - com as implosões das bolhas são 
liberados íons livres de oxigênio que atacam as 
superfícies metálicas (corrosão química dessas
superfícies).
Efeitos da cavitação
Efeitos da cavitação
Efeitos da cavitação
Efeitos da cavitação
Efeito mecânico - atingindo a bolha a região de alta 
pressão, seu diâmetro será reduzido (inicia-se o 
processo de condensação da bolha), sendo a água
circundante acelerada no sentido centrípeto. As 
partículas de água aceleradas se chocam umas às 
outras, provocando o chamado golpe de aríete e com 
ele uma sobre pressão que se propaga em
sentido contrário, golpeando com violência as paredes 
mais próximas do rotor e da carcaça, danificando-os. 
NPSH – Net Positive Suction Head
Altura Máxima de Sucção
NPSH
r
é a energia necessária para o líquido ir da entrada da 
bomba e, vencendo as perdas dentro desta, atingir a borda da 
pá do rotor, ponto onde vai receber a energia de recalque.
É a energia necessária para vencer as perdas de carga desde 
o flange de sucção até as pás do rotor, no ponto onde o 
líquido recebe o incremento de velocidade. 
NPSH – Net Positive Suction Head
Altura Máxima de Sucção
O NPSH
r
é uma característica da bomba e pode ser 
determinado por testes de laboratório ou cálculo hidráulico, 
devendo ser informado pelo fabricante do equipamento. 
Normalmente, o NPSH
r
é fornecido em metros de coluna de 
água (mca).
Para que a bomba funcione bem, é preciso que:
NPSH: Energia disponível no liquido na entrada da bomba
A sigla NPSH (Net Pressure Suction Head) é adotada universalmente para designer
energia disponivel na sucção, ou seja, a carga positiva e efetiva na sucção. Há dois valores
a considerar:
1) NPSH requerido, que é uma característica hidráulica da bomba, fornecida pelo
fabricante.
2) NPSH disponível, que é uma característica das instalações de sucção, que se pode
calcular pela seguinte expressão:
 onde -H altura de aspiração,
 +Z carga ou altura de água na sucção (entrada afogada),
s
va
d HZ
pp
H.S.P.N 


Net Positive Suction Head (N.P.S.H) Disponível
Z1 Pa
Z
(1)
(2)
Z2
s
va
d HZ
pp
H.S.P.N 



(N.P.S.H) Requerido
D=145mm
D=174mm
Q (m3/h)
N
.P
.S
.H
r(
m
)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
5 10 15 20 25 30
(N.P.S.H) Requerido
Q (m3/h)
N.P.S.H (m)
Requerido
Disponível
Q Qmáx
Folga

rd H.S.P.NH.S.P.N 
m50,0H.S.P.NH.S.P.N rd 
A

Determinação da Máxima Altura Estática de Sucção









 s
va
rmáx H
pp
H.S.P.NZ
Determinação da pa e pv
)a.c.m(
1000
h081,0760
6,13
pa





 


5.47
T(0C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
pv/ 0,09 0,13 0,17 0,24 0,32 0,43 0,57 0,75 0,98 1,25
Altura da bomba
Exemplo
A bomba mostrada na figura a seguir recalcar uma vazão de 30m3/h com uma
rotação de 1750rpm e, para esta vazão, o N.P.S.H requerido é de 2,50m. A
instalação esta na cota 834,50m e a temperatura média da água é de 200C.
Determinar o valor do comprimento x para que a folga entre o N.P.S.H
disponível e o requerido seja de 3,80m. Diâmetro da tubulação 3”,material da
tubulação P.V.C rígido, coeficiente de rugosidade da fórmula de Hazen-
Williams C=150. Na sucção, existe uma válvula de pé com crivo e um joelho
de 900.
X
833,10
0,50m
834,50
m80,3NPSHH.S.P.N rd 
m50,2H.S.P.N r 
mHSPN d 30,6... 
ca.m42,9
1000
50,834081,0760
6,13
pa




a.c.m24,0
pv 

m4,11,8335.834Z 
)a.c.m(
1000
h081,0760
6,13
pa





 


s
va
d HZ
pp
H.S.P.N 



sH4,124,042,93,6 
m48,1Hs 
m7,30Le 
Joelho 900
Válvula de pé
3"diâmetro 150C
s/m1033,8h/m30Q 333

 
mmJ /429,0   mxxLJH totals 27,350,07,300429,048,1 