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Disciplina: Instalações prediais – Hidráulica Aula 6: Tubulações de recalque/ sucção, dimensionamento de bombas de recalque e pressurizador Introdução Como dimensionar as tubulações de recalque e de sucção de uma bomba que eleva a água para reservatórios superiores? E, no caso de não haver reservatório superior, sendo a água pressurizada diretamente de baixo para cima para os pontos de consumo, como se faz esse dimensionamento? Que dados são necessários para a especificação de um conjunto de bombas de recalque? E se for pressurizador? Veremos todas essas questões nesta aula. Objetivos Ilustrar como se faz o dimensionamento inicial da tubulação de recalque e sucção através de fórmula e sua conferência através do ábaco. Apresentar uma tabela prática (dos casos mais simples) para o dimensionamento da tubulação de recalque através da vazão. Aplicar o dimensionamento efetivo das tubulações de recalque e sucção considerando todos os comprimentos: comprimento real da tubulação, comprimento equivalente e perdas de carga. Através desse cálculo total, teremos em mãos dados para a seleção de uma bomba em catálogo. Da mesma forma, apresentaremos como se seleciona um sistema de pressurização. Tubulações de recalque e sucção A norma brasileira NBR 5626 estabelece a capacidade mínima de duas bombas de 15% de consumo diário. Como prática, podemos adotar 20%, o que define um funcionamento de aproximadamente 5 horas da bomba para recalcar todo o consumo diário. Veremos ao lado uma figura na qual podemos identificar claramente os sistemas de recalque e sucção, além do conjunto de bombas. Fonte: FAU-UFRJ- Hidráulica-água fria – Prof. Rafael Tavares Dimensionamento inicial da tubulação de recalque Para o dimensionamento inicial do recalque, utilizaremos a fórmula de Forchheimer: D = 1,3 . Q −− √ X −− √ 4 Em que: D = diâmetro em metros (m); Q = vazão em m³/s; X = horas de funcionamento dividido por 24 horas. Exemplo Dimensione a tubulação de recalque de uma edificação de luxo de 8 pavimentos, sendo 2 apartamentos de 2 quartos por andar além de 1 quarto de serviço. 2 aptos. X 2 QT X 2 pessoas X 300 litros X 8 pavimentos = 19.200 litros; 2 aptos. X 1 QE X 1 pessoa X 200 litros X 8 pavimentos = 3.200 litros. Consumo total diário = 19.200 + 3.200 = 22.400 litros Considerando-se o funcionamento da bomba de 5 horas X = (5/24) = 0,208 Vazão horária = 22.400/5 = 4.480 l/h = 4,48 m³/3600 segundos = 0,00124 m³/s D = 1,3. 0,0352 . 0,675 = 0,0308m ou 32 mm ou Ø 1.¼" Dimensionamento da tubulação de sucção Para dimensionamento da tubulação de sucção, vamos adotar o método prático, que se constitui na utilização de um diâmetro (bitola) comercial imediatamente acima do valor especificado para tubulação de recalque. No exemplo anterior, a tubulação de sucção será de Ø 1½ de polegada. D = 1,3 . Q −− √ X −− √ 4 D = 1,3 . 0, 00124 − −−−−−− √ 0, 208 − −−−− √ 4 Podemos então conferir ao lado o dimensionamento no ábaco para determinação do diâmetro econômico (fórmula de Forchheimer). Temos no eixo horizontal o número de horas de funcionamento da bomba. No eixo vertical, ao lado esquerdo, temos a vazão em m³/ h e, ao lado direito, a mesma vazão – só que em L/s. Fazendo o cruzamento das linhas do número de funcionamento da bomba em 5 horas e a vazão de 4,48 m³/h, o diâmetro imediatamente acima é 1.¼ de polegada, exatamente como aquele calculado pela fórmula. Fonte: Macyntire. Apresentaremos abaixo uma tabela prática para dimensionamento da bomba baseados no ábaco de Forchheimer de funcionamento diário da bomba. HORAS DE FUNCIONAMENTO DIÁRIO DA BOMBA Vazão m³/h 1 2 3 4 5 6 7 8 Vazão l/s 1 Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 3/4" 0,3 2 Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 3/4" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" 0,4 3 Ø 3/4" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" 0,5 4 Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" 0,6 5 Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" 0,7 6 Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 0,8 7 Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 0,9 8 Ø 1" Ø 1" Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 1,0 9 Ø 1" Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 1,5 10 Ø 1" Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 2,0 11 Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 3,0 12 Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 3,3 13 Ø 1" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" 3,5 14 Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 3" 3,8 15 Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 2" Ø 3" Ø 3" 4,1 Fonte: FAU-UFRJ- Hidráulica-água fria – Prof. Rafael Tavares Altura manométrica A altura manométrica é a soma de três grandezas: Hman = HG + Hr + Hs Em que: HG é a altura geométrica (altura estática da elevação de água); Hr é a perda de carga no recalque e Hs é a perda de carga na sucção. Vamos aprender a calcular o Hr e o Hs: Hr = (L real recalque) + (L eq. Recalque) x J Sendo: L real recalque - comprimento real do recalque. É a soma dos comprimentos geométricos de todos os trechos da tubulação (horizontal e vertical). L eq. Recalque - comprimento equivalente do recalque (soma das medidas equivalentes em metros de todas as conexões e registros). J – perda de carga unitária - Fair-Whipple-Hsiao. Verificamos, então, de acordo com o material, a equivalência em metros das perdas de carga das conexões e registros em tabela. Fonte: FAU-UFRJ- Hidráulica-água fria – Prof. Rafael Tavares Abaixo, temos as tabelas correspondentes para tubos de PVC ou cobre. Em função da falta de espaço nas colunas, excluímos desta tabela os itens “Entrada de borda” e “saída de canalização”. Fonte: Macyntire. Fonte: Macyntire. Recalque Para o exemplo da figura ilustrada, temos os seguintes dados no ábaco de Fair-Whipple-Hsiao abaixo: Utilizando-se o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao ao lado: Diâmetro = 25 mm ou 1" Q= 0,4 l/s Velocidade = 0,8 m/s Perda de carga = 0,039 m/m Hr – altura do recalque Hr = (Lrealrec + Leqrec) X Jrec Hr = (18,50 + 10,30) X 0,039 = 28,80 X 0,039 Hr = 1,12 m O cálculo do recalque obedece ao seguinte passo a passo. • HG - altura geométrica total (altura estática) HG= 1,50 + 0,50 + 3,00 + 0,50 + 10,00 = 15,50 m; • L real rec – comprimento real do recalque L real rec = 3,00 + 0,50 + 2,50 + 10,00 + 2,50 = 18,50 m; • Quantificar peças e calcular o comprimento equivalente, que estarão resumidos no quadro a seguir: Fonte: Autoria própria. Quantidade Peça Equiv .unit (m) Equiv. total (m) 4 Joelho 90° 25 mm 1,50 6,00 1 Válvula Retenção 25 mm 2,80 2,80 1 Te de passagem direta 25 mm 0,90 0,90 2 Registros de gaveta abertos 25 mm 0,30 0,60 Leq recalque 10,30 Utilizando-se o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao para Q = 0,4 l/s e Ø = 25 mm, obtemos os seguintes valores: Velocidade (V) = 0,8 m/s Perda de carga unitária (J) = 0,039 m/m. Sucção O cálculo de sucção obedece ao seguinte passo a passo: Hs– altura da sucção – adota-se 1 diâmetro acima do recalque Hs = (Lrealsuc+ Leqsuc) X Jsuc Lrealsuc = 0,50 + 1,00 + 1,50 = 3,00 m. Para Leqsuc, veja quadro abaixo: Quantidade Peça Equiv .unit (m) Equiv. total (m) 3 Joelho 90° 32 mm 2,00 6,00 1 Válvula Retenção 32 mm 15,50 15,50 1 Registro de gaveta abertos 32 mm 0,40 0,40 Leq suc 21,90 Utilizando-se o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao ao lado: Diâmetro = 32 mm ou 1¼" Q = 0,4 l/s Velocidade = 0,5 m/s Perda de carga = 0,013 m/m Hs– altura da sucção Hs = (Lrealsuc + Leqsuc) X Jsucc Hs = (3,00 + 21,90) X 0,013 = 24,90 X 0,013 Hs = 0,32 m. O cálculo da altura manométrica total – Hman é feito da seguinte forma: Hman = HG + Hr + Hs HG - altura geométrica total (altura estática) Hr – altura do recalque Hs– altura da sucção Hman = 15,50 + 1,12 + 0,32 = 16,94 m Fonte: Autoria própria. Dimensionamento de bomba de recalquee pressurizador Seleção da bomba de recalque Seleciona-se a bomba de recalque por duas variáveis, verificando-se no catálogo da bomba: Vazão em m³/h ou em l/s em função do número de horas de funcionamento da bomba. Considera-se um consumo diário de 22.400 litros/5 horas = 4.480 litros/h ou 4,48 m³/h; Altura manométrica de 16,94 metros. Procura-se, em um catálogo de bombas, na faixa compreendendo a vazão e altura manométrica, para efetuar-se a compra da mesma, pois nunca teremos exatamente a bomba com os valores calculados. Entre os principais fabricantes, recomendamos: Jaccuzzi, Grundfos, KSB e Schneider. Apresentamos abaixo a figura do catálogo de bombas da Schneider para a escolha das bombas do nosso exemplo. Fonte: Catálogo Schneider No nosso exemplo: Vazão = 4,48 m³/h e Hman = 16.94 m. Temos, nas colunas relativas à altura manométrica, 16 e 18 m.c.a. Adotaremos sempre a maior, 18 m.c.a. Logo abaixo, vemos as faixas relativas a vazão: escolhemos 5,5 m³/h. Veja na figura a seguir, em amarelo, o detalhe ampliado da seleção da bomba na tabela do fabricante. Detalhes da seleção da bomba Fonte: Catálogo Schneider Seleção do pressurizador Seleciona-se o pressurizador por duas variáveis: Vazão total (consumo diário total) em m³/h ou em l/s; Altura manométrica – m.c.a. No caso do nosso exemplo, o pressurizador escolhido o será pelos seguintes dados caso seja composto por uma só bomba: Vazão: 22.400 litros ou 22,4 m³/h; Altura manométrica – 16,94 m.c.a. Caso optemos por um sistema composto por mais de uma bomba, teremos de escolher no catálogo do fabricante se vai ser para uma, duas ou três bombas, segundo o sistema a se utilizar, conforme abaixo: Escolha do conjunto de pressurização: Altura manométrica – eixo vertical; Hman = 16,94 m.c.a. ~ 17 m.c.a.; Vazão - eixo horizontal; Q = 22.400 litros ou Q = 22,4 m³/h. Para uma bomba (1 pump), linha preta (CME 15); Para duas bombas (2 pumps), linha vermelha (CME 10); Para três bombas (3 pumps), linha azul (CME 5). Fonte: Catálogo Grunfos Veja a seguir uma foto desse tipo de sistema de pressurização. Fonte: Catálogo Grunfos Existem pressurizadores domésticos de menor capacidade, utilizados principalmente nos últimos pavimentos de edifícios residenciais que não têm altura manométrica suficiente para o funcionamento do aquecedor a gás. Exemplo Dimensione um sistema de pressurização para os dois últimos andares de uma edificação com quatro apartamentos por andar e cada apartamento com a soma de pesos equivalente a ΣP= 15,9. Altura manométrica = 6 metros. Cálculo: ΣP = 4 x 15,9 x 2 andares ΣP = 127,2 Q = 0,3 √ ΣP | Q = 0,3 √ 127,2 | Q = 3,38 l/s Temos de transformar para m³/h Q = 12,16 m³/h Dados para a aquisição do sistema de pressurização: Q = 12,16 m³/h Hman = 6 m.c.a. Seleção do pressurizador Veja a seguir uma foto de um sistema de pressurização doméstico e sua ficha técnica. Atividade 1) Qual a capacidade mínima de funcionamento de duas bombas conforme a NBR 8160? 2) Como é dimensionado o diâmetro da tubulação de sucção? 3) Quais são as variáveis utilizadas para o dimensionamento de um conjunto de bombas de recalque? 4) Quais são as variáveis utilizadas para o dimensionamento de um conjunto de pressurização? 5) Dimensione a tubulação de recalque de uma edificação padrão normal de 5 pavimentos, sendo 3 apartamentos de 2 quartos por andar, além de 1 quarto de serviço (dimensionamento inicial). 6) Defina as três grandezas a serem consideradas no cálculo da altura manométrica para definir uma bomba de recalque. 7) O que vem a ser o comprimento equivalente do recalque? Referências _______________. NBR 5626. Instalação predial de água fria. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, 1998. _______________. NBR 7198. Projeto e execução de instalações prediais de água quente. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, 1993. _______________. Lei 112 de 17 de março de 2011. Dispõe sobre a obrigatoriedade de individualização do medidor de consumo de água em edificações multifamiliares e dá outras providências. Rio de Janeiro. _______________. Lei 5.224 de 25 de setembro de 2012. Torna obrigatório o uso de equipamentos inteligentes nos mictórios, descargas e torneiras, na forma que menciona. Rio de Janeiro. AZEVEDO NETTO, J. Manual de hidráulica. São Paulo: Blucher, 1998. AZEVEDO NETTO, J.; MELO, V. Instalações prediais hidráulico-sanitárias. São Paulo: Blucher, 1997. BORGES, R. S.; BORGES, W. L. Manual de instalações hidráulico-sanitárias e gás. São Paulo: LTC, 2000. CARVALHO JR, R. Instalações hidráulicas e o projeto de arquitetura. São Paulo: Blucher, 2016. CREDER, H. Instalações hidráulicas e sanitárias. Rio de Janeiro: LTC, 2006. MACINTYRE, A. Instalações hidráulicas. Rio de Janeiro: LTC, 2010. Próximos Passos Projeto; Dimensionamento. Explore mais Pesquise na internet, sites, vídeos e artigos relacionados ao conteúdo visto. Em caso de dúvidas, converse com seu professor online por meio dos recursos disponíveis no ambiente de aprendizagem. Visite os sites a seguir para consultar os catálogos de produtos de hidráulica e padrões de eficiência energética. • Bombas Grundfos – sistemas de pressurização <https://br.grundfos.com/produtos/find-product/hydro-muliti-e1.html> • Bombas KSB <https://www.ksb.com/ksb-br-pt/> • Bombas Schneider <http://amanco.com.br/downloads#catalogo-de- produtos> • Catálogos Amanco de produtos e manuais <http://amanco.com.br/downloads#catalogo-de-produtos> • Catálogos Tigre de produtos e manuais <https://www.tigre.com.br/catalogos-tecnicos> • Catálogos Eluma <https://www.paranapanema.com.br/show.aspx? idCanal=Y+c3XmHkO1KwIBZ4CCrSCQ> • Catálogos de tubos de ferro galvanizados – Quality tubos <http://www.qualitytubos.com.br/fabricante-tubos-galvanizados> • Catálogos de tubos de PPR – tecnofluidos (Acqua System) <http://www.tecnofluidos.com.br/> • Cedae <http://www.cedae.com.br/cpaeweb> • Louças e metais Deca <https://www.deca.com.br/> • Metais Docol <https://www.docol.com.br/pt> • Metais Fabrimar <http://www.fabrimar.com.br/>
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