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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
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