PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA
ENGENHARIA AMBIENTAL E CIVIL
AULA 4
SISTEMAS ELEVATÓRIOS
Prof. Dr. Fernando Ernesto Ucker
2015
SISTEMAS ELEVATÓRIOS
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.
BOMBAS E TURBINAS
 Bombas e Turbinas são máquinas que promovem as
trocas entre as energias mecânicas e hidráulicas.
Há uma divisão
hidráulicas em:
geral
dos
tipos
de
máquinas
 TURBINAS: Recebem energia hidráulica, via de regra
de quedas d’água e a transforma em energia
mecânica.
 BOMBAS: Recebem energia mecânica de motores e a
transforma em energia hidráulica.
TURBINAS
 São constituídas basicamente de:
1) DISTRIBUIDOR: orienta a água até o rotor e regula a
vazão turbinada;
2) ROTOR: peça dotada de um eixo sobre o qual estão
dispostas pás. Nestas, a água provoca rotação,
movimentando o eixo e gerando potência no gerador.
GERALMENTE APLICADAS EM HIDRELÉTRICAS
TURBINAS
 Os principais componentes são:
 BARRAGEM;
 TOMADA D’ÁGUA;
 CONDUTO FORÇADO;
 CASA DE FORÇA;
 CANAL DE FUGA .
TURBINAS
 Os principais componentes são:
 BARRAGEM;
 TOMADA D’ÁGUA;
 CONDUTO FORÇADO;
 CASA DE FORÇA;
 CANAL DE FUGA .
TURBINAS
 Os principais componentes são:
 BARRAGEM;
 TOMADA D’ÁGUA;
 CONDUTO FORÇADO;
 CASA DE FORÇA;
 CANAL DE FUGA .
TURBINAS
 Os principais componentes são:
 BARRAGEM;
 TOMADA D’ÁGUA;
 CONDUTO FORÇADO;
 CASA DE FORÇA;
 CANAL DE FUGA .
TURBINAS
 Os principais componentes são:
 BARRAGEM;
 TOMADA D’ÁGUA;
 CONDUTO FORÇADO;
 CASA DE FORÇA;
 CANAL DE FUGA .
TURBINAS
 Os principais componentes são:
 BARRAGEM;
 TOMADA D’ÁGUA;
 CONDUTO FORÇADO;
 CASA DE FORÇA;
 CANAL DE FUGA .
TURBINAS
BOMBAS HIDRÁULICAS
 TIPOS DE BOMBAS:
1) AFOGADAS: quando a cota de instalação do eixo da
bomba está abaixo da cota do nível d’água no
reservatório inferior;
2) NÃO AFOGADAS: quando a cota de instalação do
eixo da bomba está acima da cota do nível d’água no
reservatório inferior.
BOMBAS HIDRÁULICAS
E1 : Energia hidráulica na entrada
E2 – E1 = W
E2 : Energia hidráulica na saída
W : Energia mecânica no eixo
E2 > E1 = elevação da água
SISTEMAS ELEVATÓRIOS
COMPOSIÇÃO DO SISTEMA DE RECALQUE
 A)Tubulação de Sucção: é constituída pela
canalização que liga o reservatório inferior à bomba,
incluindo os acessórios necessários, como válvula de
pé com crivo, registro, curvas etc.
TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO
COMPOSIÇÃO DO SISTEMA DE RECALQUE
 B) Conjunto Elevatório: Que é constituído por uma ou
mais bombas e respectivos motores elétricos ou a
combustão interna.
CONJUNTO ELEVATÓRIO
COMPOSIÇÃO DO SISTEMA DE RECALQUE
 C) Tubulação de Recalque: 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.
TUBULAÇÃO DE RECALQUE
CLASSIFICAÇÕES DAS BOMBAS
 Quanto à trajetória da água no rotor
Radial ou
Centrífuga
Mista
Axial
CLASSIFICAÇÕES DAS BOMBAS
 Quanto ao número de rotores na bomba
• Simples estágio;
• Múltiplos estágios.
CLASSIFICAÇÕES DAS BOMBAS
 Quanto ao tipo de rotores
Fechado
Semi-aberto
Aberto
Rotor Fechado: Pás compreendidas entre dois discos paralelos -> mais
eficiente que os demais, porém recomendado para água limpa.
FUNCIONAMENTO
 O rotor cede energia cinética ao fluido, deslocando
suas partículas para a extremidade periférica do
rotor (força centrífuga).
FUNCIONAMENTO
 As partículas são comprimidas entre as pás e a face
interna do rotor (energia de pressão).
FUNCIONAMENTO
FUNCIONAMENTO
FUNCIONAMENTO
COMPONENTES
 Válvula de pé: responsável por impedir o retorno do líquido
após desligamento ou perda de pressão (a bomba não pode
trabalhar a seco);
 Crivo: tem a finalidade de impedir a entrada de partículas
sólidas;
 Redução excêntrica: evitar o acúmulo de bolhas de ar na
seção de entrada da bomba.
COMPONENTES
 Válvula de Retenção: proteção contra o retorno da água e
manutenção da coluna líquida na parada do motor;
 Válvula ou Registro: fica logo após a válvula de retenção,
visando a manutenção desta e o controle da vazão (o mais
utilizado é o de gaveta).
CÁLCULOS
CÁLCULOS
Aplicando Bernoulli:
Antes e Depois da bomba
CÁLCULOS
Aplicando Bernoulli:
Antes e Depois da bomba
CÁLCULOS
Aplicando Bernoulli:
É necessário adicionar mais uma energia, para vencermos as perdas...
Antes e Depois da bomba
CÁLCULOS
Aplicando Bernoulli:
Antes e Depois da bomba
CÁLCULOS
CÁLCULOS
CÁLCULOS
Altura Manométrica
(Hm ou Hman)
CÁLCULOS
 Potência Hidráulica (W):
 Potência Hidráulica ( cv):
CÁLCULOS
 Porém, a energia que chega na bomba não é
repassada para o fluido, e antes de chegar no fluido
ela tem uma pequena perda, simbolizada pelo
rendimento no motor (ηm) e depois há outra perda
na própria bomba (ηb).
 Perdas na bomba (ηb): asperezas da superfície
interna; vazamentos em junções; atrito; energia
dissipada no atrito entre o fluido e a bomba.
CÁLCULOS
 Portanto, considerando as perdas de energia, tem -se:
 Potência do conjunto elevatório (W):
 Potência do conjunto elevatório ( cv):
CÁLCULOS
 Na prática, adota-se ainda uma folga para os motores
elétricos:





50%
30%
20%
15%
10%
para
para
para
para
para
bombas
bombas
bombas
bombas
bombas
até 2 HP;
até 2 a 5 HP;
até 5 a 10 HP;
até 10 a 20 HP;
acima de 20 HP;
 1cv = 0,98632 HP
 1W = 0,00134102 HP
 1cv = 735,499 W
CÁLCULOS
 Diâmetro da Tubulação de Recalque:
 Fórmula de Bresse: Aplicável às instalações de funcionamento
contínuo.
 K varia entre 0,6 e 1 ,6: normalmente utiliza-se K = 1 ,2 -> e é
comum adotar o diâmetro mais próximo
CÁLCULOS
 Para o dimensionamento das linhas de recalque de bombas
que funcionam apenas algumas horas por dia, recomenda-se
a equação de Forcheimmer:
𝐃 = 𝟏, 𝟑 . 𝐗
 Onde 𝑋 =
𝟏ൗ
𝟒
. 𝐐
𝑛º 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
 Para o dimensionamento da tubulação de sucção, recomendase utilizar o diâmetro comercial imediatamente superior ao de
recalque.
EXERCÍCIO 1
 Uma estação elevatória deve recalcar 2.160 m³.dia -1 desde um
reser vatório com o nível na cota de 100,00 para um reser vatório na
cota 133,00 através de uma canalização com 3 km de comprimento
(aço galvanizado, f = 0,040). Sendo 15 horas o tempo de trabalho da
instalação. Calcule a potência da bomba necessária .
 OBS: Considere rendimento de 75% da bomba e considere o efeito das
perdas locais em comprimento vir tual de canalização:
Sucção
 1 válvula de pé com crivo = 65m;
 1 curva de 90º = 3m;
 1 registro de gaveta = 1 ,7m;
Recalque





1 registro de gaveta = 1 ,7m;
1 válvula de retenção = 20m;
2 curvas de 90º = 6m (total);
3 curvas de 45º = 5,4m (total);
Saída da tubulação = 7,5m.
EXERCÍCIO 1




Passo
Passo
Passo
Passo
1)
2)
3)
4)
Dimensionamento da tubulação de recalque.
Cálculo da perda de carga.
Cálculo da altura manométrica.
Cálculo da potência da bomba.
EXERCÍCIO 1
 Passo 1) Dimensionamento da tubulação de recalque.
𝑋=
𝑋=
𝑛º 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
15 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
= 0,625
24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
 𝐃 = 𝟏, 𝟑 . 𝐗
𝟏ൗ
𝟒
. 𝐐
 Q = 2.160 m³.dia -1 => passar para m³.s => lembrar que a
bomba só funciona por 15 horas.
EXERCÍCIO 1
 Passo 1) Dimensionamento da tubulação de recalque.
𝑋=
𝑋=
𝑛º 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
15 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
= 0,625
24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
 𝐃 = 𝟏, 𝟑 . 𝐗
𝟏ൗ
𝟒
. 𝐐
 Q = 2.160 m³.dia -1 => passar para m³.s => lembrar que a
bomba só funciona por 15 horas.
 Q = 2.160/(15 . 3.600)
 Q = 0,040 m³/s
EXERCÍCIO 1
 Passo 1) Dimensionamento da tubulação de recalque.
 𝑋 = 0,625
 Q = 0,040 m³/s
 𝐃 = 𝟏, 𝟑 . 𝐗
𝟏ൗ
𝟒
. 𝐐
 𝐃 = 𝟏, 𝟑 . (𝟎, 𝟔𝟐𝟓)
D= ?
𝟏ൗ
𝟒
. 𝟎, 𝟎𝟒𝟎
EXERCÍCIO 1
 Passo 1) Dimensionamento da tubulação de recalque.
 𝑋 = 0,625
 Q = 0,040 m³/s
 𝐃 = 𝟏, 𝟑 . 𝐗
𝟏ൗ
𝟒
. 𝐐
 𝐃 = 𝟏, 𝟑 . (𝟎, 𝟔𝟐𝟓)
𝟏ൗ
𝟒
. 𝟎, 𝟎𝟒𝟎
 D = 0,23 m
 Tubulação de recalque => 250 mm
 Tubulação de sucção => 300 mm
EXERCÍCIO 1
 Passo 2) Cálculo da perda de carga:
 Achar L virtual:
 𝐿 𝑉𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝐿 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 + 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎𝑠
 𝐿 𝑉𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝒙 𝑚
 𝐻𝑓 =
𝑓 . 𝐿 . 𝑉2
𝐷 .2𝑔
 Não tem velocidade, mas tem vazão, logo:
 𝑄 = 𝑉 . 𝐴 => 𝑉 =
𝑄
𝐴
=> 𝑉 =
𝑄 .4
𝜋 .𝐷 2
, logo:
EXERCÍCIO 1
 Passo 2) Cálculo da perda de carga:





Achar L virtual:
𝐿 𝑉𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝐿 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 + 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎𝑠
𝐿 𝑉𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 = 3000 + 𝑠𝑜𝑚𝑎𝑡ó𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑑𝑎𝑠 𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎𝑠
𝐿 𝑉𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 = 3000 𝑚 + 110,3 𝑚
𝐿 𝑉𝑖𝑟𝑡𝑢𝑎𝑙 = 3.110,3 𝑚
 𝐻𝑓 =
𝑓 . 𝐿 . 𝑉2
𝐷 .2𝑔
 Não tem velocidade, mas tem vazão, logo:
 𝑄 = 𝑉 . 𝐴 => 𝑉 =
𝑄
𝐴
=> 𝑉 =
𝑄 .4
𝜋 .𝐷 2
, logo:
EXERCÍCIO 1
 Passo 2) Cálculo da perda de carga:
 𝐻𝑓 =
𝑓.𝐿.
𝑄 .4 2
𝜋 .𝐷 2
𝐷 .2𝑔
 𝐻𝑓 =
𝑓 . 𝐿 . 16 . 𝑄 2
𝜋 . 𝐷 5 .2𝑔
 𝐻𝑓 =
0,040 . 3.110,3 . 16 . 0,040 2
𝜋 2 . 0,25 5 . 2 . 9,81
 𝐻𝑓 = 𝒙 𝑚
EXERCÍCIO 1
 Passo 2) Cálculo da perda de carga:
 𝐻𝑓 =
𝑓.𝐿.
𝑄 .4 2
𝜋 .𝐷 2
𝐷 .2𝑔
 𝐻𝑓 =
𝑓 . 𝐿 . 16 . 𝑄 2
𝜋 . 𝐷 5 .2𝑔
 𝐻𝑓 =
0,040 . 3.110,3 . 16 . 0,040 2
𝜋 2 . 0,25 5 . 2 . 9,81
 𝐻𝑓 = 𝟏𝟔, 𝟖𝟓 𝑚
EXERCÍCIO 1
 Passo 3) Cálculo da altura manométrica:
 𝐻𝑚𝑎𝑛 = 𝐻𝑔𝑒𝑜𝑚 + 𝐻𝑓
EXERCÍCIO 1
 Passo 3) Cálculo da altura manométrica:
 𝐻𝑚𝑎𝑛 = 𝐻𝑔𝑒𝑜𝑚 + 𝐻𝑓
 𝐻𝑚𝑎𝑛 = (133 − 100) + 16,85
 𝐻𝑚𝑎𝑛 = 𝒙 𝑚
EXERCÍCIO 1
 Passo 3) Cálculo da altura manométrica:
 𝐻𝑚𝑎𝑛 = 𝐻𝑔𝑒𝑜𝑚 + 𝐻𝑓
 𝐻𝑚𝑎𝑛 = (133 − 100) + 16,85
 𝐻𝑚𝑎𝑛 = 𝟒𝟗, 𝟖𝟓 𝑚
EXERCÍCIO 1
 Passo 4) Cálculo da potência da bomba:
 𝑃 𝑐𝑣 =
𝛾 . 𝑄 . 𝐻𝑚𝑎𝑛
75 .𝑛
 𝑃 𝑐𝑣 =
1000 . 0,040 . 49,85
75 .0,75
 𝑃 𝑐𝑣 = 35,4 𝑐𝑣
 𝑷 𝒄𝒗 ≅ 𝟒𝟎, 𝟎 𝒄𝒗
PRÓXIMA AULA
 Curvas características,
economia, etc...
escolhas
de
bombas,
cavitação,