estações elevatórias

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Disciplina: Hidráulica Geral II
Professor:
Dr. Júnior Hiroyuki Ishihara
Introdução.
Sistemas Elevatórios.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ – UFPA
CAMPUS UNIVERSTÁRIO DE TUCURUÍ - CAMTUC
CURSO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
Tucurui/2017
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Hidráulica Aplicada
Carga Horária (h)
  Teórica Prática Total
Semanal 3 1 4
Semestral 45 15 60
Caráter Código Período Pré-requisitos
Obrigatória TE-03130 Bloco VII Hidráulica I 
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EMENTA: 
I.Introdução. 
II.Sistemas Elevatórios. 
III.Golpe de Aríete. 
IV.Hidrometria. 
V.Condutos Livres. 
VI.Hidráulica em Meios Porosos.
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BIBLIOGRAFIA: 
AZEVEDO NETO, J. M. (1998) Manual de Hidráulica. 
669p. São Paulo. Ed. Edgard Blucher.
LENCASTRE, Armando. Manual de Hidráulica Geral. Ed. 
Edgard Blucher. São Paulo,1972
PORTO, R.M. (1998) Hidráulica Básica. 519p. São 
Carlos (SP). Ed.EESC/USP.
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Avaliação na Disciplina
Presença Prova Exercícios e 
trabalhos
TOTAL
1 Avaliação (0,5) (8,5) – 3 Tópicos (1,0) 10
2 Avaliação (0,5) (8,5) – 3 Tópicos (1,0) 10
Nota final = [(1ªAv.*0,45) + (2ªAv.*0,55)]
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Presença Assiduidade e participação; 
Prova
A prova constará questões:
 Teóricas;
 Cálculos.
Exercícios e Trabalho
Resolução dos exemplos e exercícios 
propostos. Trabalhos.
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GENERALIDADES
A palavra hidráulica significa condução de 
água. Do grego hÿdor significa água e aulos 
significa condução/tubo. Atualmente a Hidráulica 
tem um significado muito mais geral, pois trata do 
estudo do comportamento dos líquidos (em 
especial da água) em repouso ou em movimento 
(DA SILVA, 2015)
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 Os estudos relativos à Hidráulica começam 
desde a Antigüidade, na Mesopotâmia existiam 
canais destinados à irrigação, construídos nas 
terras vizinhas aos rios Tigre e Eufrates. Tem-se 
notícia de que na Babilônia, no ano 3 750 a.C. já 
existiam coletores de esgotos, e no Egito por 
volta de 2 500 a.C. foram construídas diversas 
obras destinadas à irrigação. 
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 A hidráulica pode ser também dividida em: 
teórica e prática. A hidráulica teórica também é 
conhecida na física como Mecânica dos Fluidos e 
a hidráulica prática ou hidráulica aplicada é, 
normalmente, também intitulada de Hidrotécnica. 
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 A hidráulica aplicada consiste na aplicação 
concreta ou prática dos conhecimentos 
científicos da mecânica dos fluidos e da 
conservação criteriosa dos fenômenos 
relacionados à água. Dentre as aplicações da 
hidráulica destacam-se (AZEVEDO NETTO, 
1998):
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URBANA
Sistema de Abastecimento de Água (SAA);
Sistema de Esgotamento Sanitário (SES);
Sistema de Drenagem Pluvial;
Canais;
RURAL
Sistemas de Drenagem;
Sistemas de Irrigação;
Sistemas de água potável e esgotamento.
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INSTALAÇÕES PREDIAIS
Industriais;
Comerciais;
Residenciais;
Públicas;
LAZER E PAISAGISMO
ESTRADAS (DRENAGEM)
DEFESAS CONTRA INUNDAÇÕES- (bacias de detenção)
GERAÇÃO DE ENERGIA
NAVEGAÇÃO E OBRAS MARÍTIMAS E FLUVIAIS 
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Dentre os principais instrumentos utilizados para 
as atividades profissionais de hidrotécnica, 
destacam-se:
Analogias;
Cálculos teóricos e empíricos;
Modelos reduzidos físicos;
Modelos matemáticos de simulação;
Hidrologia;
Arte;
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 Os materiais, acessórios e estruturas mais 
comumente utilizados na prática da hidrotécnica 
são: 
Barragens;
Bombas;
Canais;
Dragagens;
Eclusas;
 Poços;
 Reservatórios;
 Tubulações;
 Turbinas;
 Válvulas.
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SISTEMAS 
ELEVATÓRIOS
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Generalidades 
 A maioria dos sistemas de abastecimento, nos 
dias atuais, possuem um ou vários conjuntos de 
bombas, seja para recalcar a água de mananciais 
de superfície ou de poços, seja para recalcá-las a 
pontos distantes ou elevados ou para repor a 
capacidade de adução de adutoras.
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 Os sistemas que funcionam inteiramente por 
gravidade escasseiam-se cada vez mais, apesar 
das seguintes vantagens:
 
a)evitam as despesas com energia;
b)independem de falhas e interrupções no 
fornecimento de energia;
c)facilitam a operação e manutenção com a 
inexistência de equipamentos mecanizados;
d)eliminam o ônus adicional representado pelo 
pessoal e material necessários à operação e 
manutenção de estações elevatórias, etc.
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 A localização de muitas cidades em cotas 
bastante elevadas em relação aos mananciais 
próximos, ou a enorme distância dos mananciais 
que se encontram em posição mais alta que a 
cidade, constituem obstáculos à adoção de 
sistemas que funcionam por gravidade.
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Máquinas Hidráulicas  trabalham fornecendo, 
retirando ou modificando a energia do líquido em 
escoamento;
Classificação:
Máquinas operatrizes  introduzem no líquido a 
energia externa; transformam energia mecânica 
fornecida por uma fonte em energia hidráulica 
sob a forma de pressão e velocidade (exemplo: 
bombas hidráulicas); 
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Máquinas motrizes  transformam energia do 
líquido e a transferem para o exterior; 
(exemplos: turbinas, motores hidráulicos, rodas 
d’água); 
Mistas  máquinas que modificam o estado da 
energia que o líquido possui (exemplos: os 
ejetores e carneiros hidráulicos);
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Pistão
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BOMBAS 
São máquinas operatrizes hidráulicas que 
fornecem energia ao líquido com a finalidade 
de transportá-lo de um ponto a outro;
Recebem energia mecânica e a transformam 
em energia de pressão e cinética ou em ambas;
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 As bombas podem ser classificadas em duas 
categorias, a saber: 
Volumétricas - movimentação causada 
diretamente por um dispositivo mecânico da 
bomba. Exemplo: bombas de êmbolo ou 
alternativas e as rotativas
Turbo-Bombas - movimentação é desenvolvida 
em conseqüência da rotação de uma ou mais peças 
internas, chamadas de roto. Exemplo: bombas 
centrífugas;
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Bombas Volumétricas
 Característica de funcionamento  
transferência direta da energia mecânica cedida 
pela fonte motora em energia potencial (energia 
de pressão);
 Transferência obtida pela movimentação de 
um orgãomecânico da bomba, que obriga o fluido 
a executar o mesmo movimento do qual ele está 
animado;
 O líquido, sucessivamente enche e depois é 
expulso dos espaços com volume determinado no 
interior da bomba, dai resultando o nome de 
bombas volumétricas;
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Turbo-Bombas (Bombas centrífugas)
 Característica de funcionamento: 
transferência de energia mecânica para o fluido 
a ser bombeado em forma de energia cinética 
através de palhetas e impulsores que giram no 
interior de uma carcaça estanque, jogando 
líquido do centro para a periferia do conjunto 
girante.
 Energia cinética é transformada em 
energia potencial (energia de pressão) sendo 
esta a sua característica principal;
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 Um rotor inserido em uma carcaça (corpo 
da bomba) é o órgão funcional responsável por 
tal transformação;
 O rotor, que é um conjunto de palhetas 
que impulsionam o líquido através da voluta; é 
fixado no eixo da bomba;
 A carcaça é a parte da bomba onde, no 
seu interior, a energia de velocidade é 
transformada em energia de pressão, o que 
possibilita o líquido alcançar o ponto final do 
recalque. 
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Classificações Importantes 
 
Quanto à trajetória do fluido
a) Bombas radiais ou centrífugas: sua 
característica básica é trabalhar com pequenas 
vazões a grandes alturas, com predominância de 
força centrífuga; são as mais utilizadas 
atualmente.
b) Bombas axiais: trabalha com grandes vazões a 
pequenas alturas.
c) Bombas diagonais ou de fluxo misto: 
caracterizam-se pelo recalque de médias vazões a 
médias alturas, sendo um tipo combinado das duas 
anteriores.
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Quanto ao posicionamento do eixo
a)Bomba de eixo vertical: utilizada em poços 
subterrâneos profundos.
b) Bomba de eixo horizontal: é o tipo 
construtivo mais usado.
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Quanto à posição do eixo da bomba em relação 
ao nível da água
a)Bomba de sucção positiva: quando o eixo da 
bomba situa-se acima do nível do reservatório.
b) Bomba de sucção negativa ("afogada"): 
quando o eixo da bomba situa-se abaixo do nível 
do reservatório.
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Potência 
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Para o Brasil – unidade CV
CV (cavalo-vapor) - equivalente a 75 kgfm/s
1 CV = 735,5W
1 CV = 1HP
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• Potência Requerida: a bomba deve receber uma 
potência superior a potência hidráulica, pois há 
perdas no seu interior;
• A relação entre Potência Hidráulica (PH) e a 
Potência absorvida pela bomba (PB) é 
denominado rendimento ou eficiência da bomba 
- b;
• Rendimento varia segundo a Q, Hm, e o tipo de 
bomba, estando entre 30 e 90%.
Pb= γ xQxHm
75 ηb
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PB= γ xQxHm
75 η
η=ηbx ηm
• Para avaliação da potência do conjunto elevatório 
(motor e bomba) – em CV.
, sendo que 
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EXERCÍCIO
 Qual a potência requerida da bomba em CV 
para recalcar água a uma altura manométrica de 
11,8m, com uma vazão de bombeamento de 950l/h. 
Considere o rendimento do sistema moto-bomba 
igual a 68%. 
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EXERCICIO  -  Qual  a  potência  teórica  da  bomba  para  a  instalação 
esquematizada a seguir, considerando-se que  a vazão de água transportada é de 
20 m3 /h? 
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 Os motores elétricos brasileiros são 
normalmente fabricados com as seguintes 
potências (CV): 1/4 ,1/3 ,1/2 , 3/4, 1 ,11/2 , 2, 3, 
5, 6, 71/2, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 
60 ,80 ,100 ,125 ,150 ,200 , e 250.
 Para potências maiores os motores são 
fabricados sob encomenda.
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RENDIMENTOS DAS MÁQUINAS.
 
 O rendimento das máquinas até certo ponto 
pode virar com a potência, por motivos 
construtivos, sendo mais elevado para as grandes 
máquinas. Os motores elétricos empregados por 
determinado fabricante de bombas, por exemplo, 
acusaram em média os seguintes rendimentos:
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Rendimento de motores elétricos
HP 1/2 3/4 1 11/2 2 3 5 10 20 30 50 100
m(%) 64 67 72 73 75 77 81 84 86 87 88 90
Rendimento de Bombas Centrífugas
Q (l/s) 5 7,5 10 15 20 25 30 40 50 100 200  
b(%) 52 61 66 68 71 75 80 84 85 87 88  
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DIMENSIONAMENTO ECONÔMICO DA 
TUBULAÇÃO
 
 Empregam-se algumas fórmulas para o 
dimensionamento do diâmetro da tubulação de 
recalque, dentre elas, pode-se destacar a fórmula 
de Bresse, Forchheimer e a da ABNT. 
 No caso de funcionamento contínuo da bomba, 
ou seja, para bombeamento de 24 horas, a fórmula 
de Bresse é a mais empregada e é expressa por:
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D=K .√Q
onde:
K – depende do custo do material, mão de obra, 
operação e manutenção do sistema, local, tempo, 
etc.. e seus valores estão entre 0,75 a 1,4 (valores 
adotados para pré-dimensionamento).
D – é o diâmetro da linha de recalque em m e 
Q - é a vazão em m³/s
FÓRMULA DE BRESSE 
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 A escolha do valor de K está também associada 
à fixação da velocidade; ao explicitar a variável Q da 
fórmula de Bresse e aplicando-se na equação da 
continuidade, tem-se que:
 Através desta expressão organizou-se um 
quadro que apresenta valores de K e de velocidade. 
Geralmente a velocidade média das instalações situa-
se entre 0,6 e 2,4 m/s.
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 Porém, nem sempre há necessidade do 
sistema funcionar de forma contínua, para tanto 
recalca-se o volume necessário de reservação, 
para consumo diário, em uma fração do dia. É o 
caso do abastecimento de um prédio de 
apartamento, em que o aporte de água para 
consumo é feito durante um certo número de 
horas por dia. Para estes casos, o 
dimensionamento da tubulação de recalque é feita 
pela fórmula de Forchheimer e é representada 
como:
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D=1,3 . 4√X .√Q
onde:
 Q é a vazãoem m³/s
 D é o diâmetro em metros da linha de recalque
 X número de horas de funcionamento por dia 
(h/dia);
 O dimensionamento da linha de sucção é 
obtido a partir do diâmetro comercial 
imediatamente superior ao da linha de recalque.
FÓRMULA DE FORCHHEIMER / ABNT 
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VELOCIDADE ECONÔMICA
 É necessário submeter à verificação da 
velocidade econômica para comprovação do 
diâmetro, em que a velocidade econômica (v) fica 
entre 0,5 e 4,0 metros por segundo (m/s).
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EXERCÍCIO
 Determine o diâmetro das tubulações de 
recalque e sucção de um sistema elevatório predial 
que funciona 11 horas por dia com vazão de 
6,16m³/h. Dimensione também, caso funcionasse por 
24h.
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Curva Característica de uma Bomba
 
É a representação gráfica das funções que 
relacionam os diversos parâmetros envolvidos em 
funcionamento de uma bomba. 
A curva é obtida através de ensaios. 
Nos catálogos fornecidos pelos fabricantes de 
bombas, são apresentados, em geral, três 
parâmetros em função da vazão: altura 
manométrica, H = f(Q); potência necessária, 
Pot=f(Q) e rendimento =f (Q). 
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Seleção de bombas
 
Em geral a escolha é feita utilizando-se os 
catálogos dos fabricantes. Para os principais tipo 
de bombas, fixada uma determinada rotação, os 
catálogos apresentam os mosaicos de utilização, 
que são gráficos de altura manométrica contra 
vazão, em uma determinada unidade (m³/h, l/s, 
m³/s), em que é mostrada a faixa de utilização (H 
e Q) de cada tipo de bomba.
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Vazão desejada
NPSHrequerido
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Associação de bombas
 
 As bombas podem ser associadas em paralelo e 
em série.
 Duas ou mais bombas em paralelo tem suas 
vazões somadas, para uma mesma altura 
manométrica e duas ou mais em série tem as suas 
alturas manométricas somadas para a mesma 
vazão. 
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Duas bombas em paralelo, com curvas características diferentes.
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 Duas bombas em série com igual curva característica.
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