Aula - Bombas hidráulicas Rev 02

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Profª. MSc. Iara da Silva de Almeida
iaralmeida@gmail.com
	
Bombas Hidráulicas e sistema de recalque
Conceito
São máquinas que recebem energia mecânica e transformam em energia hidráulica, ou seja, a energia é cedida ao fluido para que este se movimente.
Transporte do líquido em desnível, após receber energia do motor. Visa aumentar a pressão de deslocamento do fluido, vencendo as perdas de carga.
HIDRÁULICA
Principais tipos
Cinéticas: Energia fornecida ao líquido por um rotor com pás que giram em alta velocidade. Energia cinética transformada em energia de pressão.
HIDRÁULICA
Bombas centrífugas ou turbobombas
Sucção
Carcaça
Rotor
Recalque
Principais tipos
Deslocamento Positivo ou Volumétricas: Deslocamento de porções do fluido por pulsações, utilizando superfícies sólidas. O fluido executa o mesmo movimento, na mesma direção, velocidade e volume do impulsor.
Não há troca de energia na massa líquida.
Exemplos: pistão, êmbolo, diafragma, palheta, pistão, parafuso.
HIDRÁULICA
Bomba tipo pistão
Bomba de engrenagem
Bombas centrífugas
Baixo custo;
Pressão uniforme, sem pulsações;
Bombeia líquido com sólidos;
Menor custo de manutenção;
Operação silenciosa.
HIDRÁULICA
Bombas centrífugas
Radiais: baixas vazões 
 e altas pressões 
 Axiais: altas vazões 
 e baixas pressões
 Mistas: Altura de elevação 
 baixa e vazão elevada
Rotor fechado 
 Rotor semiaberto 
 Rotor aberto 
Número de rotores
Posição do eixo
HIDRÁULICA
Bombas centrífugas
Em série: soma das alturas de elevação que caracterizam cada uma das bombas, admitindo-se a mesma vazão unitária.
Em paralelo: mesma altura manométrica, somando-se as vazões das unidades.
HIDRÁULICA
Conjuntos Elevatórios
Hg – altura geométrica (diferença de nível) Hs - altura de sucção (altura do eixo da bomba sobre o nível inferior)
Hr – altura de recalque (altura do nível superior em relação ao eixo da bomba)
	Hs + Hr = Hg 
Hm – altura manométrica
	Hm = Hg + Δh
Conjunto bomba-motor para vencer a diferença de nível entre dois pontos mais as perdas de carga (atrito, vazamento, degraus, válvulas) em todo o percurso.
Conjuntos Elevatórios
Estações elevatórias são utilizadas para captação, adução, tratamento e distribuição de água.
Componentes: bomba, motor, painel, transformador e linha de transmissão, tubulações (recalque, barrilete, sucção).
Sucção negativa e positiva: nível do líquido no poço estar abaixo ou acima da linha de centro da bomba.
Localização da bomba em relação ao nível da água: afogada e não afogada.
HIDRÁULICA
Parâmetros para recalque
Parâmetros para recalque
HIDRÁULICA
Parâmetros para recalque
HIDRÁULICA
Dimensionamento de tubulação
Dimensionamento de tubulação
Alterações de funcionamento
HIDRÁULICA
Velocidade Específica
Escolha de Bombas
Líquido a recalcar;
Nº horas de trabalho;
Economia;
Material da bomba;
Tensão elétrica;
Eficiência;
NPSH: energia disponível no líquido para evitar cavitação na entrada da sucção (Disponível > Requerida);
Vazão;
Dimensões das tubulações (Fórmula de Bresse);
Altura manométrica;
Pressão;
Curvas de carga, rendimento e potência.
Problemas de Recalque
Baixo nível no poço de sucção;
Entrada de ar no sistema;
Defeitos na válvula de retenção;
Tubulações mal dimensionadas;
Altura manométrica ou de sucção superior a projetada para a bomba;
Defeitos mecânicos (rotor, engrenagem);
Tubulação obstruída;
Viscosidade do líquido.
HIDRÁULICA
Escorvamento
A linha de sucção deve estar cheia de líquido antes do acionamento, caso contrário, a bomba e a tubulação de sucção se enchem de ar.
Válvula de pé com crivo no início da tubulação mantém a bomba escorvada, para não trabalhar a seco.
Melhor opção em bombas não submersas: ejetor para retirar o ar ou dispositivo automático para escorvar.
HIDRÁULICA
Cavitação
Fluido se vaporiza a certa pressão ou temperatura, formando cavidades com vapor e ocorre o colapso das bolhas ao encontrar zonas de alta pressão.
Desgaste da superfície do metal dos rotores por liberação de íons de oxigênio.
Geração de ruídos e vibrações.
Aeração
Entrada de ar no sistema através da sucção da bomba, por má vedação.
Formação de bolhas.
Arraste do ar, contribuindo com a cavitação.
Golpe de Aríete
Choque violento sobre as paredes da tubulação quando o movimento do líquido é modificado bruscamente, como fechar o registro. A força do líquido se converte em trabalho, determinando pressão na parede da tubulação.
COMO EVITAR?
Diminuir velocidade nos encanamentos, fechar válvulas e registros lentamente e utilizar tubos mais espessos.
Equação de Bernoulli com máquina no escoamento
Máquina é qualquer elemento , que introduzido no escoamento, é capaz de fornecer ou retirar energia do fluido na forma de trabalho.
Bomba: máquina que fornece energia ao fluido
Turbina: máquina que retira energia do fluido
Equação de Bernoulli com máquina no escoamento
Equação de Bernoulli com máquina no escoamento
Equação de Bernoulli com máquina no escoamento
1 - Uma bomba centrífuga de 20 HP, 40L/s e 30 m de altura manométrica está funcionando com 1750 rpm. Quais serão as consequências de uma alteração de velocidade para 1450 rpm?
2 - Uma turbina, quando sujeita a vazão de 30 m³/s e queda útil de 90 m, produz uma potência efetiva de 22000 kW, a 360 rpm. Se a turbina fosse posta a funcionar em outra instalação com 100 m de queda útil, para que o rendimento fosse preservado, pede-se que calcule a rotação na qual deveria funcionar, vazão turbinada e a potência efetiva gerada.
Exercícios
3 - Estima-se que um edifício com 55 pequenos apartamentos seja habitado por 275 pessoas. A água de abastecimento é recalcada do reservatório inferior para o superior por meio de conjuntos elevatórios. Dimensionar a linha de recalque, admitindo um consumo diário provável de 200 L/hab. O funcionamento da bomba deve ser de 6h/dia.
4 - Num prédio de 10 pavimentos com 6 apartamentos por andar, será montado um sistema de bombeamento que deverá funcionar 8h/dia. Admite-se 200 L/hab/dia e média de 5 habitantes por apartamento. Supondo que as tubulações sejam de aço galvanizada, pede-se determinar os diâmetros das tubulações de recalque e sucção.
Exercícios
5 - O reservatório de grandes dimensões da figura descarrega água pelo tubo a uma vazão de 10 l/s. Considerando o fluido ideal, determinar se a máquina instalada é bomba ou turbina e determinar sua potência se o rendimento for 75%. A área da seção do tubo é 10cm2.
Peso específico da água = 9800 N/m3
Exercícios
6 – Dimensionar a linha de recalque e calcular a potência do motor para as seguintes condições.
Vazão: 30 l/s
Período de funcionamento: 24 horas
Hs: 2,5 m
Hr: 37,5 m
Hg: 40,0 m
Perda de carga na canalização de sucção (hf1): 0,20 m
Perda de carga na canalização de recalque (hf2): 0,54 m
Rendimento global: 70%
Exercícios
7 – Uma empresa de energia utiliza um sistema de armazenamento de energia conforme mostra a figura. À noite, quando sobre energia, é feito um bombeamento de água de um lago para um reservatório elevado e, durante o dia esta água é utilizada para gerar energia em uma turbina. Considerando que a vazão de água é sempre 500 l/s e que os rendimentos da bomba e da turbina são 70%, calcule:
Peso específico da água = 9800 N/m3
a) A potência (em KW) necessária na bomba
b) A potência (em KW) recuperada na turbina
Exercícios
8 – Dimensionar um sistema elevatório (diâmetro, altura manométrica, potência hidráulica e potência do conjunto motor-bomba) para um edifício residencial, cujo consumo diário é 128.000 litros. As características do sistema estão relacionados a seguir:
- Altura de sucção: 3,0m
- Altura de recalque: 40,0m
- Hf = 3,86 m
- Tempo de funcionamento das bombas: 5 horas por dia
- Rendimento estimado para o conjunto motor-bomba: 60%
- Peso específico da água: 9800N/m3
Exercícios
9 – Dimensionar a linha de recalque (diâmetro, velocidade, perda de carga por Darcy, altura manométrica e potência da bomba) da figura e calcule a potência do motor para as condições seguintes:
 
Exercícios
Comprimento equivalente (Leq) é o comprimento de tubo que apresentaria perda de carga igual a do acessório em questão. Como exemplo, a perda de carga de uma válvula globo de 2“ totalmente aberta equivale a aproximadamente à perda de carga em 16 m de tubulação reta (dado obtido de tabela de comprimentos equivalentes). 
Os comprimentos equivalentes dos acessórios presentes na tubulação são “adicionados” ao comprimento físico da tubulação fornecendo um comprimento equivalente,