Aula Elevatórias (bombas) (1)

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Hidráulica 
Instalação de RECALQUE 
SISTEMAS ELEVATÓRIAS 
 
Prof. Mauri Queiroz de Menezes Jr. 
Anteriormente – escoamento por gravidade 
No qual há aproveitamento da energia potencial de posição para o transporte de água. 
Porém em muitos casos, não há esta disponibilidade de cotas topográficas, sendo necessário 
transferir energia para o líquido através de um sistema eletromecânico. 
 
-MÁQUINAS 
São transformadores de energia (absorvem energia em uma forma e 
restituem em outra). 
 
-Classificação das Máquinas Hidráulicas 
Entre os diversos tipos de máquinas, as máquinas fluidas são aquelas que 
promovem um intercâmbio entre a energia do fluido e a energia mecânica. 
Dentre elas, as máquinas hidráulicas se classificam em motora e geradora. 
- máquina hidráulica motora: transforma a energia hidráulica em energia 
mecânica (ex.: turbinas hidráulicas e rodas d’água); e 
- máquina hidráulica geradora: transforma a energia mecânica em 
energia hidráulica. 
 
 
-Classificação das Bombas Hidráulicas 
- Bombas volumétricas: o órgão fornece energia ao fluido em forma de 
pressão. São as bombas de êmbulo ou pistão e as bombas diafragma. O 
intercâmbio de energia é estático e o movimento é alternativo. 
- TurboBombas ou Bombas Hidrodinâmicas: o órgão (rotor) fornece energia 
ao fluido em forma de energia cinética. O rotor se move sempre com 
movimento rotativo. 
 
 
 
-Principais Componentes de uma Bomba Hidrodinâmica 
Rotor: órgão móvel que fornece energia ao fluido. É responsável pela 
formação de uma depressão no seu centro para aspirar o fluido e de uma 
sobrepressão na periferia para recalcá-lo. 
 
Difusor: canal de seção crescente que recebe o fluido vindo do rotor e o 
encaminha à tubulação de recalque. Possui seção crescente no sentido do 
escoamento com a finalidade de transformar a energia cinética em energia 
de pressão 
 
 
Figura 01 - Corte do rotor e difusor 
-Quanto à trajetória do fluido dentro do rotor 
Bombas radiais ou centrífugas: o fluido entra no rotor na direção axial e sai 
na direção radial. Caracterizam-se pelo recalque de pequenas vazões em 
grandes alturas. A força predominante é a centrífuga. 
 
Bombas axiais: o fluido entra no rotor na direção axial e sai também na 
direção axial. Caracterizam-se pelo recalque de grandes vazões em 
pequenas alturas. A força predominante é a de sustentação. 
 
Figura 02 - Corte do rotor e difusor 
-Quanto ao número de rotores dentro da carcaça 
Bombas de simples estágio ou unicelular: a bomba possui um único rotor 
dentro da carcaça. Teoricamente é possível projetar uma bomba com um 
único estágio para qualquer situação de altura manométrica e de vazão. As 
dimensões excessivas e o baixo rendimento fazem com que os fabricantes 
limitem a altura manométrica para 100 m. 
 
Figura 03 – Corte de uma bomba monoestágio 
-Quanto ao número de rotores dentro da carcaça 
Bombas de múltiplo estágio: a bomba possui dois ou mais rotores dentro da 
carcaça. É o resultado da associação de rotores em série dentro da carcaça. 
Essa associação permite a elevação do líquido a grandes alturas (> 100 m), 
sendo o rotor radial o indicado para esta associação. 
 
Figura 04 – Corte de uma bomba de múltiplo estágio 
-Quanto à posição do eixo da bomba em relação ao nível da água 
Bomba de sucção positiva: o eixo da bomba situa-se acima do nível d’água 
do reservatório de sucção. 
 
Bomba de sucção negativa ou afogada: eixo da bomba situa-se abaixo do 
nível d’água do reservatório de sucção. 
 
 
 
-Um sistema de recalque é composto, em geral, de três partes: 
a) Tubulação de sucção: é constituída pela canalização que liga o 
reservatório inferior R1 à bomba, incluindo os acessórios necessários, como 
válvula de pé com crivo, registro, curvas, redução excêntrica e etc. 
 
b) Conjunto elevatório: é constituído por uma ou mais bombas e respectivos 
motores elétricos ou a combustão interna. 
 
c) Tubulação de recalque: é constituída pela canalização que liga a bomba ao 
reservatório superior R2, incluindo registros, válvula de retenção, 
manômetros, curvas e, eventualmente, equipamentos para o controle dos 
efeitos do golpe de aríete. 
 
Obs: A instalação de uma bomba em um sistema de recalque pode ser feita 
AFOGADA E NÃO AFOGADA 
 
 
-Altura Geométrica (Hg) 
É o valor do desnível geométrico vertical (diferença entre a cota do 
nível do fluído superior e inferior), podendo ser dividida nas 
parcelas: 
 
 
 
 
a) Altura de sucção (Hs): é a distância vertical 
entre o nível do fluído no reservatório inferior e 
o eixo da bomba. 
 
b) Altura de Recalque (Hr): é a distância vertical 
entre o eixo da bomba e o nível do fluído no 
reservatório superior. 
 
Hg = +-Hs + Hr 
Evidentemente, a bomba tem que 
fornecer energia para vencer o desnível 
geométrico, Hg, e a soma das perdas de 
energia distribuídas e localizadas. 
-Altura Manométrica (Hm) 
É a energia a ser cedida ao escoamento, expressa em metros de 
coluna do líquido, é igual ao desnível topográfico entre os 
reservatórios, acrescida de todas as perdas de carga, distribuídas e 
localizadas, nas canalizações de sucções e recalque. 
 
Hm = Hg + ΔH 
 
Hm  Altura Manométrica 
Hg  Altura Geométrica 
ΔH  Perda de Carga (energia) 
 
 
 
 
No projeto de um sistema elevatória, há dois aspectos importantes a 
serem considerados, o diâmetro da tubulação de recalque e, em 
consequência da tubulação de sucção, a potência necessária do 
conjunto motor-bomba. 
Se o diâmetro adotado for relativamente grande, resultarão perdas 
de carga pequenas, portanto a altura total de elevação H = Hg + ΔH 
e a potência do conjunto elevatório necessária serão relativamente 
pequenas, com custos menores, enquanto o custo da linha adutora 
será alto. Se, ao contrário, o diâmetro adotado for relativamente 
pequeno, a linha adutora terá custo baixo, enquanto as perdas de 
carga serão altas e o conjunto elevatório, ficará mais caro por exigir 
um potência maior. 
 
 
 
 
Como a vazão e a altura geométrica são fixas, os custos totais da 
linha adutora e do conjunto elevatório, incluindo o custo anual de 
energia elétrica, dependem, de modos opostos, do diâmetro 
escolhido. Assim, existirá um diâmetro conveniente para o qual o 
custo total do projeto, incluindo a abertura de valas, assentamento 
de tubulações, consumo de energia elétrica, unidade de reserva do 
grupo motor-bomba e custo econômico do capital investido (taxas de 
juros e amortização), será mínimo. 
 
 
 
 
Para uma adutora de comprimento L, diâmetro D e uma taxa de 
encargo financeiro t (juros e amortização de capital), o gasto anual 
global pode ser calculado por: 
Custo 1 = Ci x L x t 
Em que Ci é uma equação de custo unitário, em função do diâmetro. 
 
Pode-se, também, fazer uma análise econômica de custos anuais do 
gasto com energia elétrica de uma instalação que funciona T horas 
por dia, durante N dias por ano, ao custo de A por quilowatt-
hora.consumido, na forma: 
 
 
 
A primeira equação é diretamente proporcional ao diâmetro, enquanto que a 
segunda é inversamente proporcional ao diâmetro, pois o termo JxL, diminui, 
com o aumento do diâmetro para uma vazão fixa. 
 
 
Desta maneira, lançando-se em gráfico as duas equações, para uma série de diâmetros, 
tem-se como curva dos custos do conjunto elevatório, uma curva decrescente, curva 2, 
que tende ao valor mínimo correspondente ao custo necessário para vencer somente o 
desnível topográfico Hg, quando a perda de carga se torna desprezível. 
A soma das curvas 1 e 2, que corresponde ao encargo anual da instalação, e o diâmetro 
conveniente, ou diâmetro econômico De, que é aquele que torna a soma dos custos 
mínima, conforme Figura abaixo: 
 
 
Exercício: Considere os seguintes dados de um sistema de bombeamento:- Dotação de rega (supondo 24h de bombeamento): 0,65 L s-1 
- Jornada diária de trabalho: 8 h dia-1 
Para estas condições, encontre os diâmetros das tubulações de recalque e 
sucção. 
 
Conferir velocidade; 
 
 
PEÇAS ESPECIAIS NUMA INSTALAÇÃO TÍPICA DE BOMBEAMENTO 
 
 
 
 
Na Linha de sucção: 
1) Válvula de pé com crivo 
Instalada na extremidade inferior da tubulação de sucção. É uma válvula 
unidirecional, isto é, só permite a passagem do líquido no sentido 
ascendente. 
Com o desligamento do motor de acionamento da bomba, esta válvula 
mantém a carcaça ou corpo da bomba e a tubulação de sucção cheia do 
líquido recalcado, impedindo o seu retorno ao reservatório de sucção ou 
captação. 
Nestas circunstâncias, diz-se que a válvula de pé com crivo mantém a 
bomba escorvada (a função da carcaça e tubulação desta válvula é a de 
impedir a entrada de partículas sólidas ou corpos estranhos como: folhas, 
galhos, etc). A válvula deve estar mergulhada a uma altura mínima de: 
 
h = 2,5 Ds + 0,1 (h e Ds em metros) 
 
Para evitar a entrada de ar e formação de vórtices. 
 
2) Curva de 90° 
Imposta pelo traçado da linha de sucção. 
 
3) Redução Excêntrica 
Liga o final da tubulação à entrada da bomba, de diâmetro geralmente 
menor. Essa excentricidade visa evitar a formação de bolsas de ar à entrada 
da bomba. São aconselháveis sempre que a tubulação de sucção tiver um 
diâmetro superior a 4” (100 mm). 
Na linha de recalque 
1) Ampliação concêntrica 
Liga a saída da bomba de diâmetro geralmente menor à tubulação de 
recalque. 
 
2) Válvula de retenção 
É unidirecional e instalada à saída da bomba, antes da válvula de gaveta. 
Suas funções são: 
- impedir que o peso da coluna de água do recalque seja sustentado pela 
bomba o que poderia desalinhá-la ou provocar vazamentos na mesma; 
- impedir que, com o defeito da válvula de pé e estando a saída da tubulação 
de recalque afogada (no fundo do reservatório superior), haja um refluxo do 
líquido, fazendo a bomba funcionar como turbina, o que viria a provocar 
danos à mesma; 
- possibilitar, através de um dispositivo chamado “by-pass”, a escorva da 
bomba. 
3) Válvula de gaveta 
Instalada após a válvula de retenção. Suas funções são de regular a vazão e 
permitir reparos na válvula de retenção. 
Observação: a bomba centrífuga deve ser sempre ligada e desligada com a 
válvula de gaveta fechada, devendo-se proceder de modo contrário nas 
bombas axiais. 
 
 
 
Exercício: Continuando o exercício anterior, calcular a altura 
manométrica da instalação considerando os seguintes dados: 
- Altura de sucção: 4,0m; 
- Altura de recalque: 53,0m; 
-Comprimento de sucção: 6,0m; 
- Comprimento de recalque: 210,0m; 
- Material: Ferro fundido; 
- Peças: 
- Sucção: 
1 válvula de pé; 1 curva de 90º; 1 redução excêntrica (Utilizar Entrada de 
borda); 
- Recalque: 
1 válvula de retenção; 1 Registro de gaveta aberto; 6 curvas de 90º (R/D = 
1) ; 1 ampliação (Utilizar Entrada de borda). 
Cálculo da Altura Manométrica: 
 
Cálculo da Altura Manométrica: 
Hm = HG + ΔHt; HG = HS + HR; ΔHt = ΔHS + ΔHR 
Basicamente a seleção de uma bomba para uma determinada situação, é 
função de: 
- vazão a ser recalcada (Q); e 
- altura manométrica da instalação (Hm). 
-Potência instalada (N) ou potência do motor 
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 (Pot) seja acrescida de uma folga, conforme especificação a seguir (para 
motores elétricos): 
 
 
 
 
 
Para motores a óleo diesel recomenda-se uma margem de segurança 
de 25% e a gasolina, de 50% independente da potência calculada. 
Exercício: Considere os seguintes dados de um sistema de bombeamento: 
-Vazão (Q) 
Per capita = 150l/hab.dia e população = 20.000 hab 
- Jornada diária de trabalho: 24 h dia-1 
Para estas condições, encontre os diâmetros das tubulações de recalque e 
sucção. 
 
Conferir velocidade; 
 
 
 
 
 
 
Exercício: Continuando o exercício anterior, calcular a altura 
manométrica da instalação considerando os seguintes dados: 
- Altura de sucção: 6,0m; 
- Altura de recalque: 60,0m; 
-Comprimento de sucção: 10,0m; 
- Comprimento de recalque: 15km; 
- Material: FERRO FUNDIDO; 
- Peças: 
- Sucção: 
1 válvula de pé; 1 curva de 90º; 1 redução excêntrica (entrada de bordo); 
- Recalque: 
1 válvula de retenção; 3 válvula de gaveta; 10 curvas de 90º ; 1 ampliação; 
1 Entrada normal. 
Cálculo da Altura Manométrica: 
 
Cálculo da Altura Manométrica: 
Hm = HG + ΔHt; HG = HS + HR; ΔHt = ΔHS + ΔHR 
Achar Vazão (Q em m³/s); 
(1)Achar Diâmetro na Fórmula de Bress com K = 1; 
(2)Encontrar o Diâmetro comercial superior ao encontrado na fórmula de 
Bress; 
(3)Calcular a Área do diâmetro comercial encontrado e conferir a velocidade 
(entre 0,6 a 3,0 m/s); 
(4)Encontrar J para o diâmetro comercial encontrado, pela fórmula de Hazen 
Willians; para sucção diâmetro comercial superior ao de recalque; 
Calcular o comprimento equivalente das peças localizadas na sucção e 
recalque; 
(5)Somar a comprimento equivalente encontrado para as perdas de cargas 
localizadas ao comprimento da tubulação real e multiplicar pela perda de 
carga unitária (J), um para sucção e outro para recalque; 
(6)Somar a Perda de Carga (ΔH) na sucção e no recalque e posteriormente 
somar com a altura geométrica (HG), para se obter a altura manométrica 
(Hm); 
(7)Com vazão (Q em m³/s) e Altura manométrica (Hm), calcular a potência 
da bomba necessária. 
Exercício: CALCULAR A POTÊNCIA DA BOMBA 
 
 
 
 
 
 
Página no pdf 166 
Item 5.7.3 – Associação de bombas em série e paralelo 
Item 5.8 – Escolha do conjunto motor-bomba 
Item 5.8.1 – Instalação, Utilização e Manutenção 
Exemplo 5.5 
Item 5.9 – Cavitação 
Item 5.9.2 – NPHS disponível 
Até item 5.97 – Aplicabilidade dos dois critério (Página no PDF nº 181) 
 
NÃO VAI PODER USAR CELULAR E NEM MATERIAL DE CONSULTA