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SISTEMAS ELEVATÓRIOS ESTAÇÕES DE BOMBEAMENTO
6º CIVIL
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Um sistema de recalque ou elevatório é o conjunto de tubulações, acessórios, bombas e motores necessário para transportar uma certa vazão de água ou qualquer outro líquido de um reservatório (ou ponto) inferior para outro reservatório (ou ponto) superior. Nos casos mais comuns de sistema de abastecimento de água, ambos os reservatórios estão abertos para a atmosfera e com níveis constantes, o que permite tratar o escoamento como permanente.
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Um sistema de recalque é composto, em geral, por três partes:
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.
B) Conjunto Elevatório: Que é constituído por uma ou mais bombas e respectivos motores elétricos ou a combustão interna.
C) Tubulação de Recalque: Que é constituída pela canalização que liga a bomba ao reservatório superior, incluindo registros, válvula de retenção, manômetros, curvas e, eventualmente, equipamentos para o controle dos efeitos do golpe de aríete.
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DIMENSIONAMENTO DAS ESTAÇÕES DE BOMBEAMENTO
Principais Tipos de Bombas
As normas estabelecem quatro classes de bombas:
Centrifugas
Rotativas
De êmbolo (ou de pistão)
Poço profundo (tipo turbina)
As instaladas para água e esgoto geralmente são equipadas com bombas centrifugas acionadas por motores elétricos.
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Bombas Centrifugas
Para atender ao seu grande campo de aplicação, as bombas centrifugas são fabricadas nos mais variados modelos, podendo a sua classificação ser feitas segundo vários critérios.
A) Movimento do liquido
a) sucção simples (rotor simples);
b) dupla sucção (rotor de dupla admissão).
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B. Admissão do liquido
a) radial (tipos voluta e turbina);
b) diagonal (tipo Francis);
c) helicoidal.
C. Número de rotores (ou de estágios)
a) um estágio (um rotor);
b) estágios múltiplos (dois ou mais rotores).
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D. Tipo de rotor
a) rotor fechado;
b) rotor semifechado;
c) rotor aberto;
d) rotor a prova de entupimento.
E. Posição do eixo
a) eixo vertical;
b) eixo horizontal;
c) eixo inclinado.
F. Pressão
a) baixa pressão (Hman ≤15m);
b) média pressão (Hman de 15 a 50 m);
c) alta pressão (Hman ≥50m).
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Potência dos Conjuntos Elevatórios
O conjunto elevatório (bomba-motor) deverá vencer a diferença de nível entre os dois pontos mais as perdas de carga em todo o percurso.
Denomina-se
Hg = a altura geométrica, isto é, a diferença de nível;
Hs = a altura de sucção, isto é, a altura do eixo da bomba sobre o nível inferior;
Hr = a altura de recalque, ou seja, a altura do nível superior em relação ao eixo da bomba;
Hg = Hs+ Hr;
H man= altura manométrica
Hp = Perda de carga total (correspondente a parte de sucção mais a de recalque)
H man= Hs+ Hr+ hp
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Potência da bomba
A potência recebida pela bomba, potência esta fornecida pelo motor que aciona a bomba, é dada pela expressão:
onde
P = potência do motor, (1CV = 0,986 HP),
γ = peso específico do liquido a ser elevado (H2O=1000 kgf/m³),
Q = vazão ou descarga, em m³/s,
Hman = altura manométrica, em m,
nb = é o coeficiente de rendimento global da bomba, que depende basicamente do porte e características do equipamento.
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Potência do motor elétrico
A potência elétrica fornecida pelo motor que aciona a bomba, sendo nm, o seu rendimento global, é dada por:
onde: nm é o rendimento de motores elétricos
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Dimensão dos poços de sucção
As bombas de eixo vertical do tipo axial, por serem mais sensíveis às condições de tomada de água nos poços de sucção, exigem um estudo mais cuidadoso.
A área mínima de um poço de sucção individual (isolado) deve ser 12,5 vezes a área da seção de entrada na tubulação. A área da seção de escoamento na parte inicial do poço deve ser pelo menos 10 vezes a área da seção de entrada na tubulação de sucção.
A altura mínima de água acima da boca de sucção, para a formação de vórtices, deve ser maior ou igual a uma vez e maia o diâmetro (h ≥ 1,5 D).
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Diâmetro de recalque
Para determinar o diâmetro de recalque tem que definir anteriormente o tipo de operação do sistema moto-bomba, isto é, se o mesmo é continuo ou não.
a) Sistema operado continuamente
O diâmetro de recalque é calculado pela Formula de Bresse a seguir apresentada;
onde
D é o diâmetro, dado em metros,
Q é a vazão, em m³/s,
K é uma constante que depende da velocidade do recalque,
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b ) Sistema não operado continuamente (menos que 24 horas ao dia)
Para o dimensionamento das linhas de recalque de bombas que funcionam apenas algumas horas por dia, Forchheimer propôs a seguinte formula:
sendo:
X = a relação entre o número de horas de funcionamento diário do conjunto elevatório e 24 horas.
Q = a vazão em m³/s.
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Diâmetro de sucção
A canalização de sucção é executada com um diâmetro imediatamente superior ao do recalque. A canalização de sucção deve ser a mais curta possível, evitando-se ao máximo as peças especiais. A altura máxima de sucção acrescida das perdas de cargas deve satisfazer as especificações estabelecidas pelo fabricante das bombas. Na prática, é muito raro atingir 7,00 m.
Para a maioria das bombas centrifugas, a sucção deve ser inferior a 5 m.
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Altura máxima de succção
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Velocidades Máximas nas Tubulações
A velocidade da água na boca de entrada das bombas, geralmente, está compreendida entre 1,5 a 5 m/s., podendo-se tomar 3 m/s como um termo médio representativo. Na seção de saída das bombas, as velocidades são mais elevadas, podendo atingir o dobro destes valores.
Assentamento
O assentamento deverá ser feito sobre uma fundação de preferência de concreto ou alvenaria isenta de vibrações.
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Cavitação em Bombas Hidráulicas
Quando a altura de sucção ultrapassando certos limites (Tabela), podem apresentar problemas para a bomba hidráulica, com aparecimento do fenômeno da cavitação. Quando a pressão absoluta em um determinado ponto se reduz a valores abaixo de um certo limite, alcançando o ponto de ebulição da água (para esta pressão) esse liquido começa a ferver e os conduto ou peças (de bombas, turbinas ou tubulações) passam a apresentar, em parte, bolsas de vapor dentro da própria corrente. O fenômeno de formação e destruição dessas bolsas de vapor, ou cavidades preenchidas com vapor, denomina-se cavitação.
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Altura máxima de sucção para não haver cavitação
Os fabricantes fornecem as curvas características das bombas. Estas curvas fornecem o gráfico da vazão em função da altura manométrica (diferença de pressão) e a altura máxima de sucção sem cavitação. A altura máxima da sucção para bombas não afogadas será dada por:
onde
hmáx é a altura máxima de sucção para não haver cavitação,
Patm é a pressão atmosférica local,
Pvap é a pressão de vapor, depende da temperatura da água (Quadro 1,15 Azevedo Netto),
γH2O é o peso especifico da água (1000kgf/m³ ou 0,1kgf/cm³);
hps é a soma das perdas de carga na sucção.
A pressão de vapor d'água para t = 25,5 °C, Pv = 0,035 kgf/cm² (Quadro 1.15- Azevedo Netto).
A pressão atmosfera ao nível do mar (Litoral) é igual a 1,0 kgf/cm² (Patm= 1,0 kgf/cm²).
NPSH (Net Pressure Suction Head) é obtido das tabelas do fabricante.
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NPSH: Energia disponível no liquido na entrada da bomba
A sigla NPSH (Net Pressure Suction Head) é adotada universalmente para designer energia disponivel na sucção, ou seja, a carga positiva e efetiva na sucção. Há dois valores a considerar:
1) NPSH requerido, que é uma característica hidráulica da bomba, fornecida pelo fabricante.
2) NPSH disponível, que é uma característica das instalações de sucção, que se pode calcular pela seguinte expressão:
onde -H altura de aspiração,
+H carga ou altura de água na sucção (entrada afogada),
Os outrostermos já foram defenidos no item anterior.
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Para que a bomba funcione bem, é preciso que:
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Exercícios
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Solução
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