Sistemas Elevatórios - 5 período

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INSTITUTO UNIFICADO DE ENSINO SUPERIOR OBJETIVO
FACULDADE OBJETIVO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TEMA: SISTEMAS ELEVATÓRIOS
LOCAL: AV. T-02, Nº 1.993 – SETOR BUENO
PROF.º: JOÃO GUILHERME
GRUPO:
VINÍCIUS NUNES – R.A.: 02290002652
JANAÍNA FRANCISQUINO – R.A.: 02290003889
LAYANE GALVÃO – R.A.: 02290003061
CRISTIANO PEREIRA – R.A.: 02290003837
RAIANE BATISTA – R.A.: 02290003883
CLAUDEMIR BERNARDO – R.A.: 02290003763
RAUNY LUSTOSA – R.A.: 02290004705
GOIÂNIA
05/05/2014
SUMÁRIO
Introdução -----------------------------------------------------------------------------------03
Partes componentes e altura manométrica -------------------------------------------04
Classificação das bombas -----------------------------------------------------------------06
Potência e rendimento ---------------------------------------------------------------------12
Curva características das bombas -------------------------------------------------------14
Curva característica do sistema e ponto de operação --------------------------------17
Seleção das bombas -------------------------------------------------------------------------19
Conclusão --------------------------------------------------------------------------------------21
Referências Bibliográficas ------------------------------------------------------------------22
INTRODUÇÃO
Os condutos com escoamento devido à gravidade são o ideal quando se pretende transferir o fluido no espaço, porém à medida que se vão esgotando os locais topograficamente propícios são necessários aplicarem-se os métodos mecânicos para a elevação e transporte de fluido.
Os sistemas que operam devido à gravidade são econômicos, mas com reduzida flexibilidade, limitados pelo desnível geométrico e capacidade de vazão. Em alguns sistemas, é necessário fornecer a energia ao fluido para se obter maiores pressões, velocidades, vazões ou atingir cotas geométricas elevadas, nestes sistemas utilizam-se bombas.
Entre as inúmeras aplicações dos sistemas elevatórios, podemos citar: captação de água em rios; extração de água em poços; adução com bombeamento; lavagem de filtros em estações de tratamento; bombas de reforço; sistema de esgoto; distribuição de água potável; piscinões; recuperação de cotas; reversão de capacidade de geração de hidrelétrica; jateamento com areia, água, concreto; máquinas de corte; injeção; etc.
PARTES COMPONENTES E ALTURA MANOMÉTRICA
Um sistema elevatório é composto por sucção, recalque e bomba (conjunto motor-bomba).
A altura geométrica, , é o valor do desnível geométrico vertical (diferença entre a cota do nível do fluido superior e inferior), podendo ser dividida nas parcelas: altura de sucção, e altura de recalque, .
A altura de sucção, , é a distância vertical entre o nível do fluido no reservatório inferior e o eixo da bomba. A altura de recalque, , é a distância vertical entre o eixo da bomba e o nível do fluido no reservatório superior. Observa-se a seguinte fórmula:
Evidentemente, a bomba tem que fornecer a energia para vencer o desnível geométrico, , e a soma das perdas de energia distribuídas e localizadas.
A altura manométrica, , corresponde à distância vertical mínima para que o fluido chegue ao ponto elevado, ou seja, altura geométrica, , acrescida das perdas de energia. Observa-se a seguinte fórmula:
CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS
As bombas são equipamentos, compostos basicamente de rotor e motor, que transferem a energia para o deslocamento do fluido, ou seja, são máquinas operatrizes hidráulicas que fornecem energia ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a outro. Elas recebem energia mecânica e a transformam em energia de pressão e cinética ou em ambas.
As bombas hidráulicas são classificadas em duas categorias, tais como:
- Bombas Volumétricas: são aquelas em que a movimentação do líquido é causada diretamente pela movimentação de um dispositivo mecânico da bomba, que induz ao líquido um movimento na direção do deslocamento do citado dispositivo, em quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade de armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e esvaziamentos sucessivos, provocando assim, o deslocamento do líquido no sentido previsto. Ex.: bombas de êmbolo ou alternativas e as rotativas.
- Turbo-Bombas / Bombas Hidrodinâmicas: são aquelas em que o rotor fornece a energia ao fluido em forma de energia cinética, em consequência da rotação de uma peça interna. Ex.: bombas centrífugas.
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 órgão mecânico 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.
Veja a seguir, alguns exemplos:
Turbo-Bombas / Bombas Hidrodinâmicas:
- 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.
- 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. Pode ser do tipo voluta ou do tipo difusor. A de voluta é a mais comum podendo ser simples ou dupla.
Veja a seguir, alguns exemplos:
Voluta em Caracol
Entre os tipos de bombas, os que merecem atenção especial são as centrífugas, já que as instalações de água e esgoto geralmente são equipadas com bombas deste tipo. Elas podem ser classificadas de acordo com:
 - Movimento do fluido: sucção simples (rotor simples) ou dupla (rotor de dupla admissão);
 - Números de rotores: 1 estágio ( 1 rotor), estágios múltiplos (2 ou mais rotores);
 - Posição do eixo: vertical, inclinado ou horizontal;
 - Pressão: baixa , média e alta ;
 - Instalação: afogada ou aspirada.
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.
- 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.
- 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.
 	
(b)
Classificação das bombas com relação à posição do eixo em relação ao nível d’água
A seguir, observa-se um esquema de uma instalação elevatória típica abaixo:
Veja a seguir, algumas funções de cada peça:
- Válvula de pé com crivo: para a bomba acima do nível do reservatório, ela impede o retorno do líquido quando a bomba é desligada. Tubulação e bomba sempre cheias (escorvados).
- Crivo: impede a entrada de partículas sólidas.
- Redução excêntrica: quea entrada da bomba; evita acúmulo de bolhas de ar na entrada da bomba.
- Motor: fornece energia mecânica à bomba (elétrica ou combustão).
- Bomba: adiciona energia ao escoamento da água.
- Válvula de retenção: protege a bomba contra o retorno da água; mantém a coluna líquida na parada do motor.
- Registro: visa à manutenção da válvula de retenção e controle de vazão (gaveta).
- Bomba auto escorvada (sucção negativa): dispensa-se a válvula com pé, pois a tubulação se mantém cheia; necessário registro na tubulação para manutenção.
POTÊNCIA E RENDIMENTO
O conjunto elevatório deverá vencer a diferença de nível entre os dois pontos, mais as perdas de carga em todo o percurso (localizadas + distribuídas). A potência, , que corresponde ao trabalho realizado para elevar o fluido com a altura manométrica, , é:
Onde:
 = potência, expressa em cv
 = peso específico do líquido a ser elevado, expressa em kgf/m³
 = vazão, expressa em m³/s
 = altura manométrica, expressa em m
 = rendimento global do conjunto elevatório
Para determinar o rendimento global do conjunto elevatório, observa-se a seguinte fórmula:
Nota-se que o rendimento aumenta com o tamanho da bomba (grandes vazões) e com a pressão. Observa-se a tabela abaixo:
	Pressão
	Vazão (l/s)
	
	BAIXA
	3
	0,56
	
	25
	0,78
	
ALTA
	2
	0,53
	
	25
	0,81
	
	100
	0,84
	
GRANDES VAZÔES
	150
	0,86
	
	1000
	0,90
	
	2000
	0,91
O motor que aciona a bomba deverá trabalhar sempre com uma folga ou margem de segurança a qual evitará que o mesmo venha, por uma razão qualquer, operar com sobrecarga. Portanto, recomenda-se que a potência necessária ao funcionamento da bomba seja acrescida de uma folga (para motores elétricos).
Em seguida, há uma tabela que mostra as margens de segurança recomendadas para motores elétricos:
	Potência exigida pela bomba
	Margem de segurança recomendada
(%)
	Até 2 cv
	50 %
	De 2 a 5 cv
	30 %
	De 5 a 10 cv
	20 %
	De 10 a 20 cv
	15 %
	Acima de 20 cv
	10 %
Finalmente, para a determinação da potência instalada (N), deve-se observar que os motores elétricos nacionais são fabricados com as seguintes potências comerciais, em HP:1/4 - 1/3 - 1/2 - 3/4 - 1 - 1 ½ - 2 - 3 - 5 - 6 - 7 ½ - 10 - 12 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 - 50 - 60 - 80 - 100 - 125 - 150 - 200 e 250.
CURVAS CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS
A maioria dos problemas com os sistemas elevatórios podem ser resolvidos com o auxílio das curvas características. As curvas características são a representação gráfica, ou em forma de tabela, das funções que relacionam os parâmetros envolvidos no funcionamento do sistema. Pode-se dizer que as curvas características constituem-se no retrato de funcionamento das bombas nas mais diversas situações.
As curvas características são obtidas experimentalmente, ou seja, fornecidas pelo fabricante da bomba, numa bancada de ensaio. Os catálogos dos fabricantes de bombas, via de regra, possuem gráficos com uma família de curvas com: versus ; versus ; NPSHreq versus , versus .
As bombas são projetadas para trabalhar com vazões e alturas manométricas em faixas definidas pelas suas características de funcionamento. Por meio de ensaios verifica-se que as bombas são capazes de atender outros valores de vazões e alturas manométricas, além dos pontos para os quais elas foram projetadas. O conjunto dos pontos em que a bomba é capaz de operar constitui a faixa de operação da bomba.
As curvas características de bombas centrífugas traduzem por meio de gráficos o seu funcionamento, bem como, a interdependência entre as diversas grandezas operacionais. As curvas características são função, principalmente, do tipo de bomba, do tipo de rotor, das dimensões da bomba, da rotação do acionador e da rugosidade interna da carcaça e do rotor. As curvas são obtidas em laboratório e são fornecidas pelos fabricantes, para cada modelo disponível.
CURVA CARACTERÍSTICA DO SISTEMA E PONTO DE OPERAÇÃO
A curva característica de uma instalação representa a energia por unidade de peso que deve ser fornecido ao fluido, em função da vazão desejada, de tal forma que o mesmo possa escoar nessa instalação, em regime permanente.
A curva resultante da consideração de todas as perdas de energia é denominada curva característica da instalação ou curva do sistema, geralmente apresentando a perda de energia em função da vazão. Essa curva é lançada no gráfico da altura total manométrica em função da vazão.
O levantamento topográfico do perfil do terreno permite determinar: o desnível geométrico da instalação , o comprimento das tubulações de sucção e de recalque e o número de peças especiais dessas tubulações. Com os comprimentos das tubulações e o número de peças especiais, a perda de carga é facilmente calculada pelo conhecimento dos diâmetros de sucção e de recalque:
As perdas de carga localizadas podem ser incluídas nas perdas de carga contínuas pelo método dos comprimentos virtuais:
Onde:
 = comprimento virtual
 = comprimento
 = comprimento de um trecho retilíneo fictício
Utilizando a fórmula universal, tem-se:
Utilizando Hazen-Williams:
Essas equações, quando representadas graficamente, têm o formato seguinte:
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.
SELEÇÃO DAS BOMBAS
Para escolha de uma bomba deve-se conhecer a vazão a ser recalcada e altura manométrica e, consultando o gráfico de seleção de cada fabricante onde se encontram as bombas de uma série com mesmo tipo, escolhe-se preliminarmente, a bomba.
Escolhida a bomba no gráfico de seleções, procura-se no catalogo as respectivas curvas características que fornecem: diâmetro do rotor, rendimento, potência, NPSH e outros dados úteis que podem ser comparados com os valores calculados esperados para verificação da eficiência do sistema elevatório.
CONCLUSÃO
Conclui-se que o levantamento do desnível entre reservatórios, comprimento da tubulação, diâmetro, quantidade de curvas, joelhos e válvulas nos permite dimensionar o sistema de bombeamento. O desnível entre os reservatórios recebe ao nome de altura estática de elevação e sua unidade é o metro (m). O sistema de bombeamento representa a quantidade de energia por unidade de massa que a bomba precisa adicionar ao líquido para uma determinada vazão.
O levantamento das características do sistema de bombeamento é o ponto de partida para dimensionar o tipo de bomba e a potência do motor do acionamento. A curva típica da bomba envolve as perdas de carga a ser vencida e a vazão resultante da energia fornecida ao fluido, no caso a água. A curva H x Q da bomba descreve o seu comportamento para a vazão e a altura manométrica total, onde é a carga total que a bomba precisa vencer para obter a vazão. Sendo assim, percebe-se que com o aumento da vazão a perda de carga que a bomba pode vencer diminui, ou seja, são parâmetros inversamente proporcionais. Entretanto, pode-se dizer que a energia cedida ao fluido, pela bomba, pode vencer uma resistência menor quando aumentamos a vazão.
O rendimento da bomba é a relação entre a potência mecânica, fornecida à bomba pelo motor, e a potência hidráulica cedida ao fluido. A bomba tem a função de transformar a energia mecânica no seu eixo em energia hidráulica cedida ao fluido. Como todo processo de transformação energética existe as perdas, ou seja, nem toda a energia mecânica é transformada em energia hidráulica. Contudo, nota-se a ocorrência de um rendimento máximo, a partir do qual o aumento da vazão decresce o rendimento, ou seja, a partir deste ponto a energia mecânica cedida à bomba é cada vez menos transformada em energia hidráulica e as perdas de carga aumentam.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ftp://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM120/APOSTILA_MH/eficiencia_bombeamento_CURVA%20DA%20INSTALA__O.pdfhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/A61.html
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAeuEEAH/sistemas-elevatorios
http://www.pet.ufal.br/petcivil/downloads/terceiroano/labhidraulica/bombas