Hidráulica: Instalação de Recalque
Prof. Fernando França da Cunha
11/12/2012
Hidráulica
Instalação de Recalque
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Hidráulica
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Máquinas
É um transformador de energia (absorve energia
em uma forma e restitui em outra).

máquina hidráulica motora: transforma a energia
hidráulica em energia mecânica (ex.: turbinas
hidráulicas e rodas d’água);

máquina hidráulica geradora: transforma a energia
mecânica em energia hidráulica.
1
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- Bombas Volumétricas: São as bombas de êmbulo ou
pistão e as bombas diafragma. O intercâmbio de energia
é estático e o movimento é alternativo. A quantidade do
liquido é definida pela dimensão da bomba.
- TurboBombas ou Bombas Hidrodinâmicas: o órgão (rotor)
fornece energia ao fluido em forma de energia cinética.
O rotor se move sempre com movimento rotativo.
Quanto maior a rotação, maior é a vazão.
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Bombas Volumétricas
Bombas de Pistão: Utilizadas em roda d’água
2
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Bombas Volumétricas
Bombas de Diafragma:
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Ilustração de Bombas Volumétricas
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Ilustração de Bombas Volumétricas
a.
b.
Bomba de pistão que comprime e expele fluído.
Bomba de diafragma comprimindo e expelindo fluído, devido ao
movimento do eixo fora de centro.
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Bombas Volumétricas
Carneiro hidráulico:
4
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Principais componentes de uma Bomba
Rotor: móvel que fornece energia ao fluido
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Difusor: canal de seção crescente que recebe o fluido
vindo do rotor e o encaminha à tubulação de recalque
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Classificação das Bombas
Quanto à trajetória do fluido dentro do rotor:
Bombas radiais
ou centrífugas
Bombas diagonais
ou de fluxo misto
Bombas Axiais
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Quanto ao número de entradas para sucção:
Bombas de sucção simples
ou de entrada unilateral
Bombas de dupla sucção
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Quanto ao número de rotores dentro da carcaça:
Bombas de simples estágio
Bombas de múltiplo estágio
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Quanto ao posicionamento do eixo:
Bomba de eixo horizontal
Bomba de eixo vertical
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Quanto à pressão desenvolvida:
Hm ≤ 15m
Bomba de baixa pressão:
Bomba de média pressão: 15m < Hm < 50m
Hm ≥ 50m
Bomba de alta pressão:
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Quanto ao tipo de rotor:
Aberto
Semi-fechado
Fechado
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Quanto a posição do eixo da bomba em relação ao nível da água:
Bomba de sucção negativa
ou afogada
Bomba de sucção
positiva
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Potência necessária ao funcionamento da bomba:
Pot 
 Q Hm
(cv )
75 
Pot 
0,735  Q Hm
(kw)
75 
Tabela – Folga para motores elétricos
Potência exigida
Folga
pela bomba
< 2 cv
2 a 5 cv
5 a 10 cv
10 a 20 cv
> 20 cv
30%
25%
20%
15%
10%
Fonte: Bernardo et al. (2008).
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INSTALAÇÃO TÍPICA DE RECALQUE
Registro de gaveta
Válvula de retenção
Redução excêntrica
Ampliação
concêntrica
Redução excêntrica
Motor
Bomba
Curva de 90º
Válvula de pé
Crivo
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EXEMPLO
Dimensionar uma instalação de bombeamento de água
sabendo que a vazão a ser recalcada é de 15 L s-1, as
tubulações de sucção e recalque são de PVC e apresentam
comprimentos de 11 e 130 metros, respectivamente. A cota da
água é de 7 metros; a cota do conjunto motobomba é de 10
metros e a cota do reservatório é de 29 metros. Desconsiderar
as perdas de carga localizada.
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Dimensionamento das tubulações de recalque e sucção:
“critério de velocidade”
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Dimensionamento das tubulações de recalque e sucção:
“critério de velocidade”
D
4Q
4  0,015

 0,113 m  113 mm
 V
 1,5
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Dimensionamento das tubulações de recalque e sucção:
“critério de velocidade”
D
4Q
4  0,015

 0,113 m  113 mm
 V
 1,5
Recalque
Sucção
4” (101,6 mm)
5” (127,0 mm)
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Cálculo da perda de carga na sucção (hfS):
EQUAÇÃO DE HAZEN-WILLIAMS
1,852
Q
hf 10,646  
C 
L
D 4,87
hf = perda de carga contínua, m;
Q = vazão, m3 s-1;
C = coeficiente que depende da natureza da parede do tubo
(material e estado);
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Tabela - Valores do Coeficiente de Hazen-Williams (C)*
Tipos de conduto
Alumínio
Aço corrugado
Aço com juntas “loc-bar”, novas
Aço com juntas “loc-bar”, usadas
Aço galvanizado
Aço rebitado, novo
Aço rebitado, velho
Aço soldado, novo
Aço soldado, usado
Aço soldado com revestimento especial
Aço zincado
Cimento-amianto
Concreto, bom acabamento
Concreto, acabamento comum
Ferro fundido, novo
Ferro fundido, usado
Plásticos
PVC rígido
C
130
60
130
90 a 100
125
110
85 a 90
130
90 a 100
130
120
130 a 140
130
120
130
90 a 100
140 a 145
145 a 150
* Citados por E. T. Neves.
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Cálculo da perda de carga na sucção (hfS):
EQUAÇÃO DE HAZEN-WILLIAMS
1,852
Q
hf 10,646  
C 
L
D 4,87
hf = perda de carga contínua, m;
Q = vazão, m3 s-1;
C = coeficiente que depende da natureza da parede do tubo
(material e estado);
L = comprimento da tubulação, m; e
D = diâmetro da tubulação, m.
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Cálculo da perda de carga na sucção (hfS):
1,852
Q
hf 10,646  
C 
L
D 4,87
1,852
 0,015 
hf  10,646 

 145 
11
 0,1128 m
0,127 4,87
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Cálculo da perda de carga no recalque (hfR): :
1,852
Q
hf 10,646  
C 
L
D 4,87
14
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Cálculo da perda de carga no recalque (hfR): :
1,852
Q
hf 10,646  
C 
L
D 4,87
1,852
 0,015 
hf  10,646 

 145 
130
 3,9521 m
0,1016 4,87
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Cálculo da altura manométrica (Hm):
Hm  HGS  HGR  hfS  hfR
Hm  3 19  0,1128  3,9521  26,0649 m
15
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SELEÇÃO DA BOMBA
Hm = 26,0649 m
Q = 0,015 m3 s-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
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SELEÇÃO DA BOMBA
Hm = 26,0649 m
Q = 0,015 m3 s-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
Hm = 26,0649 m
Q = 0,015 m3 s-1 x 3.600 = 54 m3 h-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
26,0649 m
54 m3 h-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
26,0649 m
54 m3 h-1
18
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SELEÇÃO DA BOMBA
26,0649 m
54 m3 h-1
Modelo 50-160
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SELEÇÃO DA BOMBA
Modelo 50-160
19
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SELEÇÃO DA BOMBA
Modelo 50-160
26,0649 m
54 m3 h-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
Modelo 50-160
26,0649 m
54 m3 h-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
Modelo 50-160
PP
26,0649 m
54 m3 h-1
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SELEÇÃO DA BOMBA
Modelo 50-160
26,0649 m
PP
54 m3 h-1
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POTÊNCIA DO MOTOR DA BOMBA
Pot 
Q  Hm
75  
em que:
Pot = potência necessária ao sistema, cv;
Q = vazão bombeada, L s-1;
Hm = altura manométrica, m;
η = rendimento da bomba, decimal.
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POTÊNCIA DO MOTOR DA BOMBA
Pot 
Q  Hm
75  
Pot 
15  26,0649
 6,9 cv
75  0,76
Pot  6,9 cv  20%  8,3 cv
22
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A Hm e a Q será como inicialmente projetada?
Modelo 50-160
PP
26,0649 m
54 m3 h-1
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Curva característica da tubulação
23
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Curva característica da tubulação
Hm  H GT  K  Q1,852
26,0649  22  K  0,0151,852
K
26,0649  22
 K  9.703,5
0,0151,852
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Curva característica da tubulação
Hm  H GT  K  Q1,852
26,0649  22  K  0,0151,852
K
26,0649  22
 K  9.703,5
0,0151,852
Equação: Hm  22  9.703,5  Q
1,852
24
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Traçar a curva característica da tubulação
Hm  22  9.703,5  Q1,852
Q (m3 h-1)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Q (m3 s-1)
0
2,7778E-03
5,5556E-03
8,3333E-03
1,1111E-02
1,3889E-02
1,6667E-02
1,9444E-02
2,2222E-02
Hm (m)
22,0
22,2
22,6
23,4
24,3
25,5
26,9
28,6
30,4
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Traçar a curva característica da tubulação
25
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Traçar a curva característica da tubulação
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Traçar a curva característica da tubulação
PT
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Traçar a curva característica da tubulação
PT
27,1 m
62 m3/h
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Formas para obtenção da vazão de projeto
- Fechamento do registro;
- Redução da rotação;
- Usinagem do rotor.
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Fechamento do registro
PT
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
28
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
29
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
30
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
31
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Fechamento do registro
27,1 m
62 m3/h
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Fechamento do registro
29 m
27,1 m
54 m3/h 62 m3/h
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Fechamento do registro
Adição de perda
de carga de 1,9 m
29 m
27,1 m
54 m3/h 62 m3/h
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Cálculo da Potência
Q = 54 m3 h-1 = 15 L s-1
Hm = 29 m
Pot 
Q  Hm
75  
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Cálculo da Potência
Q = 54 m3 h-1 = 15 L s-1
Hm = 29 m
Pot 
Q  Hm
75  
Pot 
15  29
 7,6 cv
75  0,76
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
PT
27,1 m
62 m3/h
34
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
27,1 m
62 m3/h
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
27,1 m
62 m3/h
35
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
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Redução da Rotação e Usinagem do Rotor
26,0649 m
54 m3 h-1
38
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Usinagem do Rotor
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Usinagem do Rotor
50 m3/h
62 m3/h
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Usinagem do Rotor
Q1  62 m3 / h e D1  160 mm
Q2  54 m3 / h e D2  ?
Q3  50 m3 / h e D3  150 mm
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Usinagem do Rotor
Q1  62 m3 / h e D1  160 mm
Q2  54 m3 / h e D2  ?
Q3  50 m3 / h e D3  150 mm
62  54 160  D 2

 D 2  153,3 mm
62  50 160  150
40
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Redução da Rotação
Q1  62 m3 / h e n1  2.900 rpm
Q2  54 m3 / h e n2  ?
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Redução da Rotação
Q1  62 m3 / h e n1  2.900 rpm
Q2  54 m3 / h e n2  ?
Q1 n1

Q2 n2
62 2.900

 n2  2.526 rpm
54
n2
41
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Cálculo da Potência
Usinagem do Rotor e Redução da Rotação:
Pot 
Q  Hm
75  
Pot 
15  26,0649
 6,9 cv
75  0,76
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Potência da bomba
Fechamento do registro:
Usinagem do rotor e
Redução da rotação:
7,6 cv
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Potência da bomba
Fechamento do registro:
Usinagem do rotor e
Redução da rotação:
7,6 cv
6,9 cv
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CAVITAÇÃO
A água “ferve” quando aumenta a temperatura ou diminui-se a
pressão. Na pressão de 1 atm (10,33 mca) a água ferve a temperatura
de 100 C, na pressão de 0,24 atm, a água ferve a 20 C.
Cavitação é a ebulição da água na tubulação de sucção quando
a pressão atinge a de vapor. Esse fenômeno é capaz de interromper o
escoamento. Quando acontece em partes localizadas da tubulação de
sucção, a água chega ao rotor, onde sua pressão é aumentada,
ocasionando a implosão das bolhas de vapor, provocando corrosão
química (íons livres de O2) e golpes físicos na parede do rotor.
43
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CAVITAÇÃO
NPSHD ( disponível na instalação)  NPSHR ( requerido pela bomba)
NPSH = Net Positive Suction Head (altura positiva líquida de sucção)
NPSHD  Patm  H Smáx  Pv  hfS 
NPSH R 
v2
 hf rotor
2g
NPSHD  NPSHR  Patm  H S máx  Pv  hfS   NPSHR  H S máx  Patm  NPSHR  Pv  hfS 
 H s máx  Patm  NPSHR  Pv  hfLS  hfCS 
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CAVITAÇÃO
Calcule a altura máxima de sucção para que a bomba não cavite
considerando que a temperatura máxima da água é de 25 ºC e o
sistema de bombeamento está instalado à 820 m de altura.
H s máx  Patm  NPSHR  Pv  hfLS  hfCS 
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NPSHR
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NPSHR
27,1
62
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NPSHR
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NPSHR
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NPSHR
4,5
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CAVITAÇÃO
Tabela - Pressão atmosférica, em função da altitude
Altitude (m) Pressão (mca) Altitude (m) Pressão (mca)
0
10,33
1.000
9,16
100
10,21
1.200
8,88
200
10,09
1.500
8,54
300
9,96
1.800
8,20
400
9,84
2.100
7,89
500
9,73
2.400
7,58
600
9,59
2.700
7,31
900
9,22
3.000
7,03
47
Hidráulica: Instalação de Recalque
Prof. Fernando França da Cunha
11/12/2012
Hidráulica
Prof. Fernando França da Cunha
CAVITAÇÃO
Pressão atmosférica, em função da altitude:
 0,0065 z 
P  10,3287 1 

288 

5, 2568
em que:
P = pressão atmosférica local, mca; e
Z = altitude do local, m.
Hidráulica
Prof. Fernando França da Cunha
CAVITAÇÃO
Pressão atmosférica, em função da altitude:
 0,0065 z 
P  10,3287 1 

288 

5, 2568
 0,0065 820 
P  10,3287 1 

288


5, 2568
P  9,3626 mca
48
Hidráulica: Instalação de Recalque
Prof. Fernando França da Cunha
11/12/2012
Hidráulica
Prof. Fernando França da Cunha
CAVITAÇÃO
Tabela - Pressão de vapor da água, em função da temperatura
Temperatura
(ºC)
15
20
25
30
Pressão
(mca)
0,17
0,24
0,32
0,43
Temperatura
(ºC)
35
40
45
50
Pressão
(mca)
0,57
0,75
0,97
1,26
Hidráulica
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CAVITAÇÃO
Tabela - Pressão de vapor da água, em função da temperatura
Temperatura
(ºC)
15
20
25
30
Pressão
(mca)
0,17
0,24
0,32
0,43
Temperatura
(ºC)
35
40
45
50
Pressão
(mca)
0,57
0,75
0,97
1,26
49
Hidráulica: Instalação de Recalque
Prof. Fernando França da Cunha
11/12/2012
Hidráulica
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CAVITAÇÃO
Cálculo da perda de carga localizada na sucção (hfLS):
hf LS  K
v2
2g
v
4Q

 D2
v
4 0,015

 0,127 2
v  1,1841 m s 1
Valores do coeficiente de perda de carga localizada K, segundo J. M. Azevedo Netto
Peça
K
Peça
K
Ampliação gradual
0,30*
Junção
0,40
Bocais
2,75
Medidor Venturi
2,50**
Redução gradual
0,15*
Comporta, aberta
1,00
Controlador de vazão
2,50
Registro de ângulo
5,00
Cotovelo de 90º
0,90
Registro de gaveta
0,20
Cotovelo de 45º
0,40
Registro de globo
10,00
Crivo
0,75
Saída de canalização
1,00
Curva de 90º
0,40
Tê, passagem direta
0,60
Curva de 45º
0,20
Tê, saída de lado
1,30
Curva de 22½º
0,10
Tê, saída bilateral
1,80
Válvula de pé
1,75
Entrada em canalização
0,50
Entrada de borda
1,00
Válvula de retenção
2,50
Pequena derivação
0,03
Velocidade
1,00
(*) Com base na velocidade maior (seção menor);
hfLS  K
2
(**) Relativa à velocidade na canalização.
2
v
1,1841
 hfLS  3,05
 hfLS  0,2180
2g
2 9,81
Hidráulica
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CAVITAÇÃO
Cálculo da perda de carga contínua na sucção (hfCS):
1,852
hfCS
Q
10,646  
C 
L
D4,87
1,852
 0,015 
hfCS  10,646 

 145 
11
 0,1128 m
0,127 4,87
50
Hidráulica: Instalação de Recalque
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Hidráulica
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CAVITAÇÃO
H s máx  Patm   NPSHR  Pv  hfLS  hfCS 
H s máx  9,3626  4,5  0,32  0,2180  0,1128 
H s máx  4,2118 m
Hidráulica
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Custos mensais da energia elétrica
C  CC  TA  CD
Em que:
C = custo mensal de energia elétrica;
CC = custo do consumo energético;
TA = taxa adicional a ser paga; e
CD = custo de demanda.
51
Hidráulica: Instalação de Recalque
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Hidráulica
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Custo do consumo energético (CC):
CC  E  preço do kWh
Em que:
CC = custo do consumo energético; e
E = energia mensal, kW.
Hidráulica
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Taxa adicional a ser paga (TA):
Potência Nominal Rendimento
(Hp)
(%)
1/4
0,58
1/3
0,64
 cos1 
1/2
0,69
TA  CC 
 1
3/4
0,73
cos



1
0,75
1½
0,79
2
0,80
Em que:
2½
0,81
3
0,81
cos Φ1 = fator de
4
0,81
potência da instalação;
5
0,81
7½
0,86
cos Φ = fator de
10
0,86
potência do motor;
15
0,86
20
0,86
25
0,86
30
0,86
Cos Ф
0,72
0,73
0,75
0,75
0,78
0,78
0,80
0,80
0,80
0,83
0,83
0,85
0,85
0,87
0,87
0,87
0,87
Corrente com
plena carga 220 v
1,15
1,35
1,85
2,65
3,30
4,70
6,00
7,40
8,80
11,5
14,5
20,0
26,0
39,0
50,0
65,0
78,0
52
Hidráulica: Instalação de Recalque
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Hidráulica
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Custo de demanda (CD):
CD  PD  preço do kW
PD 
V I P cos 
1.000
3
(kW )
Em que:
PD = pico de demanda; kW
V = voltagem da linha; W
cos Φ = fator de potência; e
IP = corrente de partida, amperes.
Hidráulica
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Custo de demanda (CD):
IP 
1.000  N  kVA / HP
3 V
Em que:
IP = corrente de partida, ampres;
N = potência instalada em cv ou Hp;
V = voltagem da linha; e
kVA/Hp = potência aparente com o rotor bloqueado, por unidade de
potência nominal do motor, em função da letra de código do motor,
dada pela tabela seguinte.
53
Hidráulica: Instalação de Recalque
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Hidráulica
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Custo de demanda (CD):
Hidráulica Aplicada
UFMS
Fernando França da C
Potência aparente em função da letra de código do motor
Letra código
do motor
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
Letra código
do motor
L
M
N
P
R
S
T
U
V
kVA/Hp
0,00 - 3,14
3,15 - 3,54
3,55 - 3,99
4,00 - 4,49
4,50 - 4,99
5,00 - 5,59
5,60 - 6,29
6,30 - 7,09
7,10 - 7,99
8,00 - 8,99
kVA/Hp
Letra código
do motor
kVA/H
9,00 - 9,99
10,00 - 11,19
11,20 - 12,49
12,50 - 13,99
14,00 - 15,99
16,00 - 17,99
18,00 - 19,99
20,00 - 22,39
22,40 - 20,00
Hidráulica
Prof. Fernando França da Cunha
Custos mensais da energia elétrica
Calcular o custo mensal de energia elétrica considerando que a
motobomba irá operar por 12 horas diárias.
Dados do motor: Potência do motor a ser considerada é a exigida pelo
ponto de projeto; e Código do motor letra “F”.
Dados da instalação elétrica: Fator de potência da companhia elétrica
(cos Φ1) de 0,88; Voltagem da rede (V) de 220W; Custo kWh de R$ 0,18.
CC  E  preço do kWh
E  kW  horas  E  (10 0,735)  (12 h / dia 30 dias )  E  2.646 kW
CC  2.646  0,18  CC  R$ 476,28
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Hidráulica
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Custos mensais da energia elétrica
 cos1 
 0,88 
TA  CC 
 1  TA  476,28 
 1  TA  R$16,81
cos

 0,85 


IP 
1.000  N  k VA/ HP
3 V
 IP 
1.000  10  5,30
3  220
 I P  139,0889 A
V I P cos 3
220  139,0889  0,85  3
 PD 
 PD  45,05 k W
1.000
1.000
C D  PD  preço do k W  C D  45,05  0,18  C D  R$ 8,11
PD 
C  CC  TA  CD  C  476,28  16,81  8,11  C  R$ 501,20
Hidráulica
Prof. Fernando França da Cunha
Sistemas de partida de motores elétricos
Importante para diminuir o pico de demanda por meio da
diminuição da corrente de partida. Tipos de partida:
Partida direta
Partida estrela-triângulo
Partida compensadora
Partida série-paralelo
Conversor de frequência
Soft-starter
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Hidráulica
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FIM
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