05 Sistemas Elevat rios

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PROF. IVES BRIAN CAMPELO LEITE SILVA 
 
SISTEMAS ELEVATÓRIOS 
Introdução 
 
 Sistema 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 interior R1, na cota Z1, 
para outro reservatório superior R2, na cota Z2> Z1. 
Introdução 
 
 Um sistema elevatório é composto por: 
 
• Tubulação de sucção; 
• Conjunto elevatório; 
• Tubulação de recalque. 
Introdução 
 
 Um sistema elevatório é composto por: 
 
• Tubulação de sucção: canalização que liga o reservatório inferior R1 
à bomba; 
• Conjunto elevatório: constituído por uma ou mais bombas e 
respectivos motores; 
• Tubulação de recalque: canalização que liga a bomba ao 
reservatório superior R2. 
Introdução 
 
 A instalação de uma bomba pode ser feita de duas formas: 
 
 
 
 
 
 
Altura total de elevação e altura manométrica 
 
 A altura total de elevação de uma bomba é a diferença entre a carga 
ou energia de escoamento à saída e à entrada da bomba. A partir da 
figura abaixo, pode-se expressar a relação: 
 
 𝐻 = 𝐻𝑚 +
𝑉𝑟
2
2𝑔
−
𝑉𝑠
2
2𝑔
 
 
 Onde: 
• H: carga total de elevação; 
• 𝐻𝑚: altura manométrica total (Hr-Hs); 
•
𝑉𝑟
2
2𝑔
: carga cinética na tubulação de recalque; 
•
𝑉𝑠
2
2𝑔
: carga cinética na tubulação de sucção. 
 
 
 
Altura total de elevação 
 
 Pode-se também expressar a seguinte relação: 
 
 𝐻 = 𝐻𝑔 + Δ𝐻𝑠 + Δ𝐻𝑟 
 
 Onde: 
• H: carga total de elevação; 
• 𝐻𝑔: altura geométrica (diferença entre os 
 níveis de água dos reservatórios); 
• Δ𝐻𝑠: perda de carga na tubulação de sucção; 
• Δ𝐻𝑟: perda de carga na tubulação de recalque. 
 
 
 
 Importância da análise de custo 
 
Dimensionamento do diâmetro de recalque 
 
 Para o dimensionamento do diâmetro de recalque, será utilizada a fórmula 
de Bresse. Para um sistema que funciona 24 h por dia, ininterruptamente, 
pode ser usada a seguinte fórmula: 
 
 𝐷𝑅 = 𝑘 𝑄 
 Onde: 
• 𝐷𝑅: diâmetro de recalque (m) 
• 𝑄: vazão (m³/s); 
• k: coeficiente econômico, representa o balanço entre os gastos com 
tubulação (investimento) e os gastos com a operação da instalação (custo 
operacional - 0,8 a 1,3). 
 Dimensionamento do diâmetro de recalque 
 
 Para sistemas que não funcionam 24 h por dia, o dimensionamento pode ser 
feito utilizando-se a seguinte equação, recomendada pela NBR-5626 da 
ABNT: 
 
 𝐷𝑅 = 1,3
𝑇
24
4
𝑄 
 Onde: 
• 𝐷𝑅: diâmetro de recalque (m) 
• 𝑄: vazão (m³/s); 
• T: tempo de funcionamento em um dia (h). 
 Dimensionamento do diâmetro de sucção 
 
 É o diâmetro comercial imediatamente superior ao diâmetro de 
recalque calculado pelas fórmulas anteriores. 
 Bombas: tipos e características 
 
O princípio básico de transferência de energia recebida pela bomba, de uma 
fonte externa, ao fluido é a existência, no corpo ou caixa da máquina, de uma 
roda ou rotor que ao girar comunica ao fluido aceleração centrífuga e 
consequente aumento de pressão. 
 Curvas características de uma bomba 
 
 Constituem-se numa relação entre a vazão recalcada com a altura 
manométrica, com a potência absorvida, com o rendimento e às vezes com a 
altura máxima de sucção. Pode-se dizer que as curvas características 
constituem-se no retrato de funcionamento das bombas nas mais diversas 
situações. 
 Curvas características de uma bomba 
 
 Estas curvas são obtidas nas bancadas de ensaio dos fabricantes. As mais 
comuns são: 
 
• H = f(Q); 
• Pot = f(Q); 
• η = f(Q); 
 
 O conjunto dessas três curvas, para uma determinada velocidade de rotação, 
é útil na análise de desempenho, bem como no processo de escolha da 
bomba. 
 Curvas características de uma bomba 
 
 Nos catálogos dos fabricantes de bombas são apresentados, em geral, três 
gráficos correspondentes a uma família de bombas: 
 
• Gráfico da curva característica propriamente dita, H = f (Q); 
• Gráfico da variável N.P.S.H. requerido; 
• Curva de potência necessária à bomba, em função da vazão de recalque. 
 Curvas características de uma bomba 
 
 Curva característica de uma instalação 
 
 A energia necessária para que o escoamento se processe do reservatório de 
menor cota para um de maior, é aquela correspondente ao conjunto de 
perdas de carga que o sistema impõe para veicular a vazão Q, acrescida da 
energia equivalente ao trabalho realizado para vencer o desnível topográfico 
(altura geométrica) entre os reservatórios. 
 
 𝐸 = 𝐻 = 𝐻𝑔 + Δ𝐻𝑠 + Δ𝐻𝑟 
 Curva característica de uma instalação 
 
 𝐸 = 𝐻𝑔 + 𝐾. 𝑄2 (𝐸𝑞. 𝑈𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙) 
 𝐸 = 𝐻𝑔 + 𝐾. 𝑄1,85 (𝐸𝑞. 𝐻𝑎𝑧𝑒𝑛 − 𝑊𝑖𝑙𝑙𝑖𝑎𝑚𝑠) 
 
 
 Escolha do conjunto motor-bomba 
 
 A especificação de uma bomba para atender a uma certa condição de 
projeto é um dos principais problemas práticos que se apresentam em vários 
campos da Engenharia. Para os principais tipos de bombas, fixada uma 
determinada rotação, os catálogos apresentam os mosaicos de utilização, 
que são gráficos de altura total de elevação contra vazão. 
 
 
 Ponto de operação do sistema 
 
 A intersecção da curva característica da bomba com a curva característica da 
tubulação define o ponto de trabalho ou ponto de operação da bomba, ou 
seja: para a vazão de projeto da bomba, a altura manométrica da bomba é 
igual àquela exigida pelo sistema. 
 Ponto de operação do sistema 
 
 A curva característica da bomba associada à curva característica do sistema 
tem o seguinte aspecto. O ponto de operação deve, na medida do possível, 
corresponder ao ponto de ótimo rendimento da bomba e ao mínimo custo 
da tubulação. 
 Sistemas de tubulações em série e paralelo 
 
• No sistema em série, a vazão é a mesma e a perda de carga total é a soma 
das perdas em cada trecho; 
 
• No sistema em paralelo, a perda de carga no sistema é a mesma e as vazões 
dividem-se de forma inversamente proporcional às resistências das 
tubulações. 
 
 Associação de bombas em série e em paralelo 
 
• Associação em série: a entrada da segunda bomba é conectada à saída da 
primeira bomba, de modo que a mesma vazão passa através de cada 
bomba, mas as alturas de elevação de cada bomba são somadas para 
produzir a altura total de elevação; 
 
• Associação em paralelo: cada bomba recalca a mesma parte da vazão total 
do sistema, mas a altura total de elevação do sistema é a mesma de cada 
uma das bombas. 
 
 Cavitação 
 
 Quando um líquido em escoamento, em uma determinada temperatura, 
passa por uma região de baixa pressão, chegando a atingir o nível 
correspondente à sua pressão de vapor, naquela temperatura, formam-se 
bolhas de vapor. Tais bolhas, ao atingir regiões de maior pressão entram em 
colapso num processo de implosão. Este processo de criação e colapso das 
bolhas é chamado de cavitação. 
 
 Cavitação 
 
 Quando esse colapso ocorre junto a uma fronteira sólida, como paredes de 
tubulações ou partes rodantes das bombas, provoca um processo destrutivo 
de erosão do material. 
 
 N.P.S.H. (Net Positive Suction Head) disponível 
 
 Aplicando-se a equação de energia entre (1) e (2), chega-se à equação: 
 
 N.P.S.H.𝑑 =
𝑝𝑎−𝑝𝑣
γ
− 𝑍 − Δ𝐻𝑠 (Bomba não afogada) 
 N.P.S.H.𝑑 =
𝑝𝑎−𝑝𝑣
γ
+ 𝑍 − Δ𝐻𝑠 (Bomba afogada) 
 
 
 
 
 N.P.S.H. requerido 
 
 É uma característica da bomba, fornecida pelo fabricante, definida como a 
energiarequerida pelo líquido para chegar, a partir do flange de sucção e 
vencendo as perdas de carga dentro da bomba, ao ponto onde ganhará 
energia e será recalcado. Para o bom funcionamento do sistema, deve-se 
verificar que: 
 
 N.P.S.H.𝑑 > N.P.S.H.𝑟 
 
 
 
 N.P.S.H. requerido 
 
 Para efeito prático, deve-se ter uma folga, entre o N.P.S.H. disponível e o 
N.P.S.H. requerido, de no mínimo 0,50 m para a vazão recalcada. 
 
 N.P.S.H.𝑑 > N.P.S.H.𝑟 + 0,5