aula 5 - elevacao recalque unid 2

Prévia do material em texto

Aula V
Sistemas hidráulicos de tubulações 
e hidráulica de sistema de recalque
Profa. Dahiane dos Santos Oliveira Zangeski
E-mail: dahianezangeski@gmail.com
Universidade de Cuiabá
Fundamentos da Hidráulica e Hidrometria
Unidade 2 - Seção 2.2
Tomada de água entre dois Reservatórios
Reservatório de 
compensação
Demanda 
Intermediaria
Linha piezométrica
∆H = 0,0827.
𝑓1 . 𝐿1 .𝑄
2
𝐷1
5 + 0,0827.
𝑓2 . 𝐿2 .𝑄
2
𝐷2
5
∆H = 0,0827. 𝑄2.
𝑓1 .𝐿1
𝐷1
5 +
𝑓2 .𝐿2
𝐷2
5
𝑄𝐵 =
∆H
0,0827.
𝑓1 . 𝐿1
𝐷1
5 +
𝑓2 . 𝐿2
𝐷2
5
Demanda em B for nula.
∆H = H1 + H2
Tomada de água entre dois Reservatórios
• Tem demanda em B 
• Tem vazão nos dois trechos.
Tomada de água entre dois Reservatórios
Q
• Tem demanda em B,
• Vazão no trecho 2 é nula
∆H = 0,0827.
𝑓1 . 𝐿1 .𝑄
2
𝐷1
5
𝑄𝐵 =
(𝑍1 − 𝑍2). 𝐷1
5
0,0827. 𝑓1 . 𝐿1
Tomada de água entre dois Reservatórios
• R1 e R2 abastece. 
• A vazão em B é a 
soma das vazão 
nos dois trechos.
𝑄𝐵 =
(Z1 − 𝐵4) . 𝐷1
5
0,0827. 𝑓1 . 𝐿1
+
(Z2 − 𝐵4) . 𝐷1
5
0,0827. 𝑓2 . 𝐿2
Tomada de água entre dois Reservatórios
Exemplo 1.1) Assumindo que o fator de atrito de ambas as tubulações 
e igual (f = 0,03), determine a vazão máxima que R2 receberia.
Demanda em B for nula
Exemplo 1.2) Assumindo que o fator de atrito de ambas as tubulações 
e igual (f = 0,03), determine a vazão máxima em B, fornecida apenas 
por R1.
• Tem demanda em B,
• Vazão no trecho 2 é nula
Exemplo 1.3) Assumindo que o fator de atrito de ambas as tubulacoes
e igual (f = 0,03), determine a vazão em B se a cota piezométrica 
nesse ponto for 510 m.
• R1 e R2 abastece. 
• A vazão em B é a 
soma das vazão 
nos dois trechos.
Sistema Recalque ou elevatório
Conjunto de tubulação, bomba e motores necessário para
transportar uma certa vazão de fluido de um reservatório
inferior para outro superior.
Sistema Recalque ou elevatório
a) Tubulação de sucção,
que é constituída pela canalização
que liga o reservatório inferior à
bomba, incluindo os acessórios
necessários como válvula de pé
com crivo, registro, curvas, redução
excêntrica, etc.
Sistema Recalque ou elevatório
Submersas a uma profundidade 
igual a três vezes o seu diâmetro 
nominal e nunca inferior a 6000mm
b) Conjunto elevatório, 
que é constituído por uma ou 
mais bombas e respectivos 
motores;
c) Tubulação de recalque,
que é constituída pela
canalização que liga a bomba ao
reservatório superior, incluindo
registros, curvas, etc.
Sistema Recalque ou elevatório
Afogada –
Sucção negativa
Não Afogada –
Sucção positiva
Dimensionamento do Sistema elevatório 
Dimensionamento do Sistema
Dimensionamento inicia-se pelo recalque 
que é o mais caro.
✓ RESISTÊNCIA A SER VENCIDA
✓ PARTE MAIS EXTENSA
Dimensionamento da tubulação Recalque
O diâmetro econômico poder calculado pela Fórmula de 
Bresse:
D= diâmetro econômico (m)
Q= vazão (m³/s)
K= 0,7 a 1,3 valores adotados para pré-dimensionamento. 
K . A constante depende do custo material, mão de obra 
operação e manutenção do sistema, tempo, local, etc.
Obs. Adota bitola superior e comercial mais próxima
Dimensionamento da tubulação Recalque
Fórmula de Bresse:
✓Empregado somente em fases de pré-projeto
✓Para sistemas com adutora de ate 6”
✓Para bombeamento de 24 horas por dia
✓Equivale a adotar a velocidade média, que em geral em no 
sistema elevatórios variam de 0,6 a 3,0 m/s
Dimensionamento da tubulação Recalque
Se o período for inferior a 24h/ dia o diâmetro econômico é calculado 
pela fórmula de Forchheimer sugerida na NBR 5626:
Nem sempre há necessidade de o sistema funcionar continuamente,
basta que se recalque o volume necessário de reservação, para
consumo diário, em uma fração do dia. É o caso do abastecimento de
um prédio de apartamento, em que o aporte de água para consumo é
feito durante um certo número de horas por dia.
Obs. Adota bitola superior e comercial mais próxima
Dimensionamento da tubulação Sucção
Adota-se a bitola comercial imediatamente 
acima da bitola da tubulação de recalque 
encontrada;
✓Perda de carga mínima possível
✓Diâmetro maior que a tubulação de recalque
Resolução: 
𝐷= K 𝑄
𝐷= 1,3 0,006
D= 0,10m
Resolução: 
𝐷= K .
4
𝑋. 𝑄
𝐷= 1,2 .
4 10
24
. 0,011
𝐷= 1,2 . 4 0,417. 0,011
𝐷= 1,2 . 0,80. 0,105
D= 0,1008m
Letra C.
Unidade 2 - Seção 2.3
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos, para converter
energia mecânica em energia hidráulica. A ação mecânica cria um
vácuo parcial na entrada da bomba, o que permite que a pressão
atmosférica force o fluido do tanque, através da linha de sucção, a
penetrar na bomba.
✓ Deslocamento Positivo
✓ Deslocamento não positivo
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
Deslocamento positivo: tem bombeamento descontinuo do 
liquido, operando de forma pulsativa, impulsionando 
determinado volume constante de liquido. Os propulsores 
mais comuns são pistões, êmbolos.
Fluxo de forma 
Pulsativa
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
Fluxo continuo
Deslocamento não positivo - essa categoria de bombas tem
fluxo continuo e não positivo. Seu principal modelo e a
bomba centrifuga. Seu propulsor mais comum e o rotor, o
qual orienta o deslocamento do liquido dentro do corpo da
bomba
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
1. Calcular a altura Manométrica (Hm)
Hm = altura manométrica; 
HG = altura geométrica; 
∆H = perda de carga total. 
hfHH Gm +=
G
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
✓ A altura geométrica (HG) é a diferença de cota entre a entrada da 
sucção e a saída do recalque. 
✓ A perda de carga total (hf) compreende as perdas de carga 
distribuídas e as localizadas que ocorrem, tanto no trecho de 
sucção quanto no de recalque.
Desnível 
geométrico de 
recalque
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
2. Verificar a Potência Teórica
A potência teórica de um conjunto elevatório será dada por:
𝑃 =
9,8. 𝑄. 𝐻𝑚𝑎𝑛
η. η
P = Potência (cv). 1 cv = 0,7355 Kw
γ = peso específico do líquido a ser elevado. (9,8N/m³)
Q = vazão (m³/s)
Hman = altura manométrica (m)
η = rendimento da bomba (%).
η *= rendimento do motor (%).
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
✓ Potência necessária à bomba para que se atenda à vazão e altura 
total de elevação requeridas. 
✓Potência do motor elétrico que fará parte do conjunto
B
A potência do motor elétrico é maior que potência da
bomba devido a perdas hidráulicas e mecânicas no
interior da bomba
Nessa transferência de energia desde o motor, passando
pela bomba e chegando ao liquido, ha dissipações de
energia na forma de calor.
Energia recebida 
pelo liquido
Energia recebida 
pela bomba
Energia recebida 
inicialmente pelo 
motor
< <
Dissipações
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
✓Quanto menores forem as perdas de carga nesse trecho, 
maior será a energia disponível e menor será o risco de 
ocorrer cavitação no interior da bomba
✓ NPSH DISPONIVEL - É a disponibilidade de energia que 
faz com que o liquido consiga alcançar o rotor. É a 
quantidade de energia livre na entrada da bomba.
✓ NPSH REQUERIDO – É uma característica fornecida pelo 
fabricante. É a energia requerida pelo liquido, vencendo 
as perdas de carga dentro da bomba.
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
✓ Cavitação - é o processo pelo qual a água, numa 
determinada região do sistema, passa do estado líquido para 
o gasoso e, logo após, volta ao estado líquido com grande 
liberação de energia. Essa liberação de energia provoca danos 
de considerável montanas paredes da bomba ou tubulação, 
no ponto onde ocorre. 
✓ Em um sistema corretamente dimensionado, a bomba não 
está sujeita a cavitação.
✓ Para se evitar a cavitação é necessário que 
NPSHd > NPSHr
Dimensionamento do Conjunto Moto-bomba
3. Verificar as condições de funcionamento da instalação:
Material Ferro fundido
Resolução – Ferro Fundido
Pré- dimensionamento:
𝐷= K .
4
𝑋. 𝑄
𝐷= 1,3 .
4 6
24
. 0,0016
D= 0,0368m
a) Diâmetro recalque: 1 ½” – 38mm
b) Diâmetro sucção: 2”- 50mm
d) Perda de carga distribuída Recalque:
𝑣 =
𝑄
𝐴
→ 𝑣 =
0,0016
𝜋 ∗0,0192
= 1,41
m
s
∆H = 𝑓
𝐿.𝑣2
𝐷.2.𝑔
= 0,012 
58 ∗1,412
0,038 ∗2∗9,8
= 1,86m
d) Perda de carga distribuída sucção:
𝑣 =
𝑄
𝐴
→ 𝑣 =
0,0016
𝜋 ∗0,025²
= 0,81
m
s
∆H = 𝑓
𝐿.𝑣2
𝐷.2.𝑔
= 0,012 
3 ∗0,812
0,050 ∗2∗9,8
= 0,24m
e) Altura Manométrica:
𝐻𝑚 = 𝐻𝐺 𝐻𝐹𝑅 𝐻𝐹𝑆
𝐻𝑚 = 36 + 1,86 + 0,024= 37,8m
f) Potência no motor:
P=
9,8 ∗𝑄 ∗𝐻𝑚
𝛈𝐵 ∗𝛈𝑚
→ P=
9,8 ∗0,0016 ∗37,8
0,6 ∗0,9
= 1,09kw (1,5CV)
Transformação:
1𝐾𝑤
1,1 𝐾𝑤
=
1,36 𝐶𝑉
𝑋
hfHH Gm +=
Exemplo 1) Sabendo da necessidade do pré-dimensionamento da unidade 
elevatória da ETA, a equipe lhe pediu que você a calculasse nas seguintes 
condições de operação:
✓ Turno de trabalho e vazão: 18 h/dia e 110 m3/h, respectivamente.
✓ Diferença geométrica: 20m.
✓ Material do tubo e rendimento do motor elétrico: ferro fundido e 85%, 
respectivamente.
✓ Comprimento da tubulação de recalque e sucção: 465 e 5,2, 
respectivamente
Resolução
1) Pré- dimensionamento:
𝐷= K .
4
𝑋. 𝑄
𝐷= 1,3 .
4 18
24
.
110𝑚3/ℎ
3600 𝑠/ℎ
D= 0,21m
2) Perda de Carga:
3) Altura Manométrica:
𝐻𝑚 = 𝐻𝐺 𝐻𝐹𝑅 𝐻𝐹𝑆
𝐻𝑚 = 20 + 1,85 + 0,062 = 21,9m
hfHH Gm +=
Exemplo 1.1) De posse da altura total de elevação e da
vazão, podemos determinar a bomba e o rotor que deverão
ser usados da bomba BC-21
Potencia da bomba – 15CV ou 11KW
Diâmetro do Rotor – 145 mm
NPSH = 4,2 mca
Rendimento bomba – 64%
Potência do motor elétrico:
Transformação:
1𝐾𝑤
11,8 𝐾𝑤
=
1,36 𝐶𝑉
𝑋