Hidraulica InstalacaoDeRecalque Aula

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Hidráulica: Instalação de Recalque
Prof. Fernando França da Cunha
11/12/2012
1
Hidráulica
Instalação de Recalque
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Máquinas
É um transformador de energia (absorve energia
em uma forma e restitui em outra).
 máquina hidráulica motora: transforma a energia
hidráulica em energia mecânica (ex.: turbinas
hidráulicas e rodas d’água);
 máquina hidráulica geradora: transforma a energia
mecânica em energia hidráulica.
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- Bombas Volumétricas: São as bombas de êmbulo ou
pistão e as bombas diafragma. O intercâmbio de energia
é estático e o movimento é alternativo. A quantidade do
liquido é definida pela dimensão da bomba.
- TurboBombas ou Bombas Hidrodinâmicas: o órgão (rotor)
fornece energia ao fluido em forma de energia cinética.
O rotor se move sempre com movimento rotativo.
Quanto maior a rotação, maior é a vazão.
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Bombas Volumétricas
Bombas de Pistão: Utilizadas em roda d’água
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Bombas Volumétricas
Bombas de Diafragma:
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Ilustração de Bombas Volumétricas
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Ilustração de Bombas Volumétricas
a. Bomba de pistão que comprime e expele fluído.
b. Bomba de diafragma comprimindo e expelindo fluído, devido ao
movimento do eixo fora de centro.
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Bombas Volumétricas
Carneiro hidráulico:
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Principais componentes de uma Bomba
Rotor: móvel que fornece energia ao fluido
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Difusor: canal de seção crescente que recebe o fluido
vindo do rotor e o encaminha à tubulação de recalque
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Classificação das Bombas
Quanto à trajetória do fluido dentro do rotor:
Bombas radiais 
ou centrífugas
Bombas Axiais
Bombas diagonais 
ou de fluxo misto
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Quanto ao número de entradas para sucção:
Bombas de sucção simples 
ou de entrada unilateral 
Bombas de dupla sucção 
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Quanto ao número de rotores dentro da carcaça:
Bombas de simples estágio 
Bombas de múltiplo estágio 
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Quanto ao posicionamento do eixo:
Bomba de eixo horizontal Bomba de eixo vertical 
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Quanto à pressão desenvolvida:
Bomba de baixa pressão: Hm ≤ 15m
Bomba de média pressão: 15m < Hm < 50m
Bomba de alta pressão: Hm ≥ 50m
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Quanto ao tipo de rotor:
Aberto Semi-fechado Fechado
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Quanto a posição do eixo da bomba em relação ao nível da água:
Bomba de sucção 
positiva 
Bomba de sucção negativa 
ou afogada
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Potência necessária ao funcionamento da bomba:
)(cvPot


75
HmQ
 )(
735,0
kwPot


75
HmQ

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Tabela – Folga para motores elétricos 
Potência exigida 
pela bomba 
Folga 
< 2 cv 30% 
2 a 5 cv 25% 
5 a 10 cv 20% 
10 a 20 cv 15% 
> 20 cv 10% 
Fonte: Bernardo et al. (2008). 
 
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Válvula de pé
Crivo
Curva de 90º
Motor Bomba
Redução excêntrica
Redução excêntrica
Válvula de retenção
Registro de gaveta
INSTALAÇÃO TÍPICA DE RECALQUE
Ampliação concêntrica
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EXEMPLO
Dimensionar uma instalação de bombeamento de água
sabendo que a vazão a ser recalcada é de 15 L s-1, as
tubulações de sucção e recalque são de PVC e apresentam
comprimentos de 11 e 130 metros, respectivamente. A cota da
água é de 7 metros; a cota do conjunto motobomba é de 10
metros e a cota do reservatório é de 29 metros. Desconsiderar
as perdas de carga localizada.
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Dimensionamento das tubulações de recalque e sucção:
“critério de velocidade”
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mmm
V
Q
D 113113,0
5,1
015,044






 
Dimensionamento das tubulações de recalque e sucção:
“critério de velocidade”
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mmm
V
Q
D 113113,0
5,1
015,044






 
Dimensionamento das tubulações de recalque e sucção:
“critério de velocidade”
Recalque Sucção
4” (101,6 mm) 5” (127,0 mm)
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Cálculo da perda de carga na sucção (hfS):
EQUAÇÃO DE HAZEN-WILLIAMS
hf = perda de carga contínua, m;
Q = vazão, m3 s-1;
C = coeficiente que depende da natureza da parede do tubo 
(material e estado);
87,4
852,1
646,10
D
L
C
Q
hf 






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Tabela - Valores do Coeficiente de Hazen-Williams (C)* 
 
Tipos de conduto C 
Alumínio 130 
Aço corrugado 60 
Aço com juntas “loc-bar”, novas 130 
Aço com juntas “loc-bar”, usadas 90 a 100 
Aço galvanizado 125 
Aço rebitado, novo 110 
Aço rebitado, velho 85 a 90 
Aço soldado, novo 130 
Aço soldado, usado 90 a 100 
Aço soldado com revestimento especial 130 
Aço zincado 120 
Cimento-amianto 130 a 140 
Concreto, bom acabamento 130 
Concreto, acabamento comum 120 
Ferro fundido, novo 130 
Ferro fundido, usado 90 a 100 
Plásticos 140 a 145 
PVC rígido 145 a 150 
* Citados por E. T. Neves. 
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Cálculo da perda de carga na sucção (hfS):
EQUAÇÃO DE HAZEN-WILLIAMS
hf = perda de carga contínua, m;
Q = vazão, m3 s-1;
C = coeficiente que depende da natureza da parede do tubo 
(material e estado);
L = comprimento da tubulação, m; e
D = diâmetro da tubulação, m.
87,4
852,1
646,10
D
L
C
Q
hf 






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Cálculo da perda de carga na sucção (hfS):
87,4
852,1
646,10
D
L
C
Q
hf 






mhf 1128,0
127,0
11
145
015,0
646,10
87,4
852,1







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Cálculo da perda de carga no recalque (hfR): :
87,4
852,1
646,10
D
L
C
Q
hf 






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Cálculo da perda de carga no recalque (hfR): :
87,4
852,1646,10
D
L
C
Q
hf 






mhf 9521,3
1016,0
130
145
015,0
646,10
87,4
852,1







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Cálculo da altura manométrica (Hm):
RSGRGS hfhfHHHm 
mHm 0649,269521,31128,0193 
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SELEÇÃO DA BOMBA
Hm = 26,0649 m
Q = 0,015 m3 s-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
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SELEÇÃO DA BOMBA
Hm = 26,0649 m
Q = 0,015 m3 s-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
Hm = 26,0649 m
Q = 0,015 m3 s-1 x 3.600 = 54 m3 h-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
54 m3 h-1
26,0649 m
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SELEÇÃO DA BOMBA
54 m3 h-1
26,0649 m
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SELEÇÃO DA BOMBA
54 m3 h-1
26,0649 m
Modelo 50-160
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SELEÇÃO DA BOMBA
Modelo 50-160
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SELEÇÃO DA BOMBA
54 m3 h-1
26,0649 m
Modelo 50-160
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SELEÇÃO DA BOMBA
54 m3 h-1
26,0649 m
Modelo 50-160
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SELEÇÃO DA BOMBA
54 m3 h-1
26,0649 m
Modelo 50-160
PP
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SELEÇÃO DA BOMBA
54 m3 h-1
26,0649 m
Modelo 50-160
PP
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POTÊNCIA DO MOTOR DA BOMBA
em que:
Pot = potência necessária ao sistema, cv;
Q = vazão bombeada, L s-1;
Hm = altura manométrica, m;
η = rendimento da bomba, decimal.



75
HmQ
Pot
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POTÊNCIA DO MOTOR DA BOMBA



75
HmQ
Pot
cvPot 9,6
76,075
0649,2615




cvcvPot 3,8%209,6 
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A Hm e a Q será como inicialmente projetada?
54 m3 h-1
26,0649 m
Modelo 50-160
PP
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Curva característica da tubulação
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Curva característica da tubulação
852,1QKHHm GT 
852,1015,0220649,26  K
5,703.9
015,0
220649,26
852,1


 KK
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Curva característica da tubulação
Equação:
852,1QKHHm GT 
852,1015,0220649,26  K
5,703.9
015,0
220649,26
852,1


 KK
852,15,703.922 QHm 
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Traçar a curva característica da tubulação
852,15,703.922 QHm 
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Q (m3 h-1) Q (m3 s-1) Hm (m) 
0 0 22,0 
10 2,7778E-03 22,2 
20 5,5556E-03 22,6 
30 8,3333E-03 23,4 
40 1,1111E-02 24,3 
50 1,3889E-02 25,5 
60 1,6667E-02 26,9 
70 1,9444E-02 28,6 
80 2,2222E-02 30,4 
 
Traçar a curva característica da tubulação
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Traçar a curva característica da tubulação
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Traçar a curva característica da tubulação
PT
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Traçar a curva característica da tubulação
PT
27,1 m
62 m3/h
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Formas para obtenção da vazão de projeto
- Fechamento do registro;
- Redução da rotação;
- Usinagem do rotor.
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Fechamento do registro
PT
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
29 m
54 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
29 m
54 m3/h
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Adição de perda 
de carga de 1,9 m
Cálculo da Potência
Q = 54 m3 h-1 = 15 L s-1
Hm = 29 m



75
HmQ
Pot
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Cálculo da Potência
Q = 54 m3 h-1 = 15 L s-1
Hm = 29 m



75
HmQ
Pot
cvPot 6,7
76,075
2915




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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
PT
27,1 m
62 m3/h
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
27,1 m
62 m3/h
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
27,1 m
62 m3/h
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
54 m3 h-1
26,0649 m
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Usinagem do Rotor
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Usinagem do Rotor
62 m3/h50 m3/h
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Usinagem do Rotor
mmDehmQ 160/62 1
3
1 
?/54 2
3
2  DehmQ
mmDehmQ 150/50 3
3
3 
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Usinagem do Rotor
mmDehmQ 160/62 1
3
1 
?/54 2
3
2  DehmQ
mmDehmQ 150/50 3
3
3 
mmD
D
3,153
150160
160
5062
5462
2
2 





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Redução da Rotação
rpmnehmQ 900.2/62 1
3
1 
?/54 2
3
2  nehmQ
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Redução da Rotação
rpmnehmQ 900.2/62 1
3
1 
?/54 2
3
2  nehmQ
2
1
2
1
n
n
Q
Q

rpmn
n
526.2
900.2
54
62
2
2

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Cálculo da Potência
Usinagem do Rotor e Redução da Rotação:



75
HmQ
Pot
cvPot 9,6
76,075
0649,2615




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Potência da bomba
Fechamento do registro: Usinagem do rotor e
Redução da rotação:
7,6 cv
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Potência da bomba
Fechamento do registro: Usinagem do rotor e
Redução da rotação:
7,6 cv 6,9 cv
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CAVITAÇÃO
A água “ferve” quando aumenta a temperatura ou diminui-se a
pressão. Na pressão de 1 atm (10,33 mca) a água ferve a temperatura
de 100 C, na pressão de 0,24 atm, a água ferve a 20 C.
Cavitação é a ebulição da água na tubulação de sucção quando
a pressão atinge a de vapor. Esse fenômeno é capaz de interromper o
escoamento. Quando acontece em partes localizadas da tubulação de
sucção, a água chega ao rotor, onde sua pressão é aumentada,
ocasionando a implosão das bolhas de vapor, provocando corrosão
química (íons livres de O2) e golpes físicos na parede do rotor.
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CAVITAÇÃO
NPSH = Net Positive Suction Head (altura positiva líquida de sucção)
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)()( bombapelarequeridoRinstalaçãonadisponívelD NPSHNPSH 
 SmáxSatmD hfPvHPNPSH 
rotorR hf
g
v
NPSH 
2
2
   SRatmmáxSRSmáxSatmRD hfPvNPSHPHNPSHhfPvHPNPSHNPSH 
 CSLSRatmmáxs hfhfPvNPSHPH 
CAVITAÇÃO
Calcule a altura máxima de sucção para que a bomba não cavite
considerando que a temperatura máxima da água é de 25 ºC e o
sistema de bombeamento está instalado à 820 m de altura.
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 CSLSRatmmáxs hfhfPvNPSHPH 
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Hidráulica
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NPSHR
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27,1
62
NPSHR
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NPSHR
4,5
CAVITAÇÃO
Tabela - Pressão atmosférica, em função da altitude 
Altitude (m) Pressão (mca) Altitude (m) Pressão (mca) 
0 10,33 1.000 9,16 
100 10,21 1.200 8,88 
200 10,09 1.500 8,54 
300 9,96 1.800 8,20 
400 9,84 2.100 7,89 
500 9,73 2.400 7,58 
600 9,59 2.700 7,31 
900 9,22 3.000 7,03 
 
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CAVITAÇÃO
Pressão atmosférica, em função da altitude:
em que:
P = pressão atmosférica local, mca; e
Z = altitude do local, m.
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2568,5
288
0065,0
13287,10 






z
P
CAVITAÇÃO
Pressão atmosférica, em função da altitude:
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mcaP
P
3626,9
288
8200065,0
13287,10
2568,5








2568,5
288
0065,0
13287,10 






z
P
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CAVITAÇÃO
Tabela - Pressão de vapor da água, em função da temperatura 
Temperatura 
(ºC) 
Pressão 
(mca) 
Temperatura 
(ºC) 
Pressão 
(mca) 
15 0,17 35 0,57 
20 0,24 40 0,75 
25 0,32 45 0,97 
30 0,43 50 1,26 
 
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CAVITAÇÃO
Tabela - Pressão de vapor da água, em função da temperatura 
Temperatura 
(ºC) 
Pressão 
(mca) 
Temperatura 
(ºC) 
Pressão 
(mca) 
15 0,17 35 0,57 
20 0,24 40 0,75 
25 0,32 45 0,97 
30 0,43 50 1,26 
 
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CAVITAÇÃO
Cálculo da perda de carga localizada na sucção (hfLS):
g
v
KhfLS
2
2

1
2
2
1841,1
127,0
015,04
4



smv
v
D
Q
v


 
Valores do coeficiente de perda de carga localizada K, segundo J. M. Azevedo Netto 
Peça K 
Ampliação gradual 0,30* 
Bocais 2,75 
Comporta, aberta 1,00 
Controlador de vazão 2,50 
Cotovelo de 90º 0,90 
Cotovelo de 45º 0,40 
Crivo 0,75 
Curva de 90º 0,40 
Curva de 45º 0,20 
Curva de 22½º 0,10 
Entrada em canalização 0,50 
Entrada de borda 1,00 
Pequena derivação 0,03 
 
Peça K 
Junção 0,40 
Medidor Venturi 2,50** 
Redução gradual 0,15* 
Registro de ângulo 5,00 
Registro de gaveta 0,20 
Registro de globo 10,00 
Saída de canalização 1,00 
Tê, passagem direta 0,60 
Tê, saída de lado 1,30 
Tê, saída bilateral 1,80 
Válvula de pé 1,75 
Válvula de retenção 2,50 
Velocidade 1,00 
 
(*) Com base na velocidade maior (seção menor); (**) Relativa à velocidade na canalização. 
 
2180,0
81,92
1841,1
05,3
2
22
 LSLSLS hfhf
g
v
Khf
CAVITAÇÃO
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87,4
852,1
646,10
D
L
C
Q
hfCS 






mhfCS 1128,0
127,0
11
145
015,0
646,10
87,4
852,1







Cálculo da perda de carga contínua na sucção (hfCS):
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 
 
mH
H
hfhfPvNPSHPH
máxs
máxs
CSLSRatmmáxs
2118,4
1128,02180,032,05,43626,9



CAVITAÇÃO
Custos mensais da energia elétrica
Em que:
C = custo mensal de energia elétrica;
CC = custo do consumo energético;
TA = taxa adicional a ser paga; e
CD = custo de demanda.
DAC CTCC 
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Custo do consumo energético (CC):
Em que:
CC = custo do consumo energético;e
E = energia mensal, kW.
kWhdopreçoECC 
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Potência Nominal 
(Hp) 
Rendimento 
(%) 
Cos Ф 
Corrente com 
plena carga 220 v 
1/4 0,58 0,72 1,15 
1/3 0,64 0,73 1,35 
1/2 0,69 0,75 1,85 
3/4 0,73 0,75 2,65 
1 0,75 0,78 3,30 
1 ½ 0,79 0,78 4,70 
2 0,80 0,80 6,00 
2 ½ 0,81 0,80 7,40 
3 0,81 0,80 8,80 
4 0,81 0,83 11,5 
5 0,81 0,83 14,5 
7 ½ 0,86 0,85 20,0 
10 0,86 0,85 26,0 
15 0,86 0,87 39,0 
20 0,86 0,87 50,0 
25 0,86 0,87 65,0 
30 0,86 0,87 78,0 
 
Taxa adicional a ser paga (TA):









 1
cos
cos 1
CA CT
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Em que:
cos Φ1 = fator de
potência da instalação;
cos Φ = fator de
potência do motor;
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Custo de demanda (CD):
Em que:
PD = pico de demanda; kW
V = voltagem da linha; W
cos Φ = fator de potência; e
IP = corrente de partida, amperes.
kWdopreçoPC DD 
)(
000.1
3cos
kW
IV
P PD


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Custo de demanda (CD):
Em que:
IP = corrente de partida, ampres;
N = potência instalada em cv ou Hp;
V = voltagem da linha; e
kVA/Hp = potência aparente com o rotor bloqueado, por unidade de
potência nominal do motor, em função da letra de código do motor,
dada pela tabela seguinte.
V
HPkVAN
IP



3
/000.1
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Custo de demanda (CD):
Potência aparente em função da letra de código do motor
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Hidráulica Aplicada UFMS Fernando França da Cunha 
 
 
Letra código 
do motor 
kVA/Hp 
Letra código 
do motor 
kVA/Hp 
Letra código 
do motor 
kVA/Hp 
A 0,00 - 3,14 L 9,00 - 9,99 
B 3,15 - 3,54 M 10,00 - 11,19 
C 3,55 - 3,99 N 11,20 - 12,49 
D 4,00 - 4,49 P 12,50 - 13,99 
E 4,50 - 4,99 R 14,00 - 15,99 
F 5,00 - 5,59 S 16,00 - 17,99 
G 5,60 - 6,29 T 18,00 - 19,99 
H 6,30 - 7,09 U 20,00 - 22,39 
J 7,10 - 7,99 V 22,40 - 20,00 
K 8,00 - 8,99 
 
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Custos mensais da energia elétrica
Calcular o custo mensal de energia elétrica considerando que a
motobomba irá operar por 12 horas diárias.
Dados do motor: Potência do motor a ser considerada é a exigida pelo
ponto de projeto; e Código do motor letra “F”.
Dados da instalação elétrica: Fator de potência da companhia elétrica
(cos Φ1) de 0,88; Voltagem da rede (V) de 220W; Custo kWh de R$ 0,18.
28,476$18,0646.2
646.2)30/12()735,010(
RCC
kWEdiasdiahEhoraskWE
kWhdopreçoEC
CC
C



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Custos mensais da energia elétrica
81,16$1
85,0
88,0
28,4761
cos
cos 1 RTTCT AACA 















11,8$18,005,45
05,45
000.1
385,00889,139220
000.1
3cos
0889,139
2203
30,510000.1
3
/000.1
RCCkWdopreçoPC
kWPP
IV
P
AII
V
HPkVAN
I
DDDD
DD
P
D
PPP













20,501$11,881,1628,476 RCCCTCC DAC 
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Sistemas de partida de motores elétricos
Importante para diminuir o pico de demanda por meio da 
diminuição da corrente de partida. Tipos de partida:
Partida direta
Partida estrela-triângulo
Partida compensadora
Partida série-paralelo
Conversor de frequência
Soft-starter
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56
FIM
fernando.cunha@ufms.br
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