MÁQUINAS DE FLUXO
UNIDADE IV – BOMBAS
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UNIDADE IV – BOMBAS
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
4.2 – ESCOLHA DA BOMBA – POTÊNCIA NECESSÁRIA AO ACIONAMENTO
4.2.1 – GENERALIDADES
4.2.2 – VAZÃO A SER RECALCADA
4.2.3 – DIÂMETROS ECONÔMICOS
4.2.4 – ALTURA MANOMÉTRICA
4.2.5 – PERDAS DE CARGA NA INSTALAÇÃO
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
4.2.7 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA LOCALIZADA
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UNIDADE IV – BOMBAS
4.2 – ESCOLHA DA BOMBA – POTÊNCIA NECESSÁRIA AO ACIONAMENTO
4.2.8 – MEDIÇÃO DIRETA DA ALTURA MANOMÉTRICA
4.2.9 – RENDIMENTOS A CONSIDERAR EM UMA BOMBA
4.2.10 – POTÊNCIA NECESSÁRIA AO ACIONAMENTO DAS BOMBAS
4.2.11 – POTÊNCIA INSTALADA
4.2.8 – ESCOLHA PRIMÁRIA DA BOMBA
4.3 – BOMBA – TIPOS E DETALHES CONSTRUTIVOS
4.3.1 – CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS BOMBAS
4.3.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS TURBOBOMBAS
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
As instalações de bombeamento podem apresentar em sua forma, dependendo de seu
objetivo e importância, variações das mais diversas.
Figura 1 – Esquema de uma instalação de bombeamento típica.
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
– Casa das bombas (1): edificações próprias destinadas a abrigar o conjunto motorbomba.
– Motor de acionamento (M): órgão encarregado do acionamento da bomba, podendo
ser:
- Um motor elétrico
- Um motor de combustão interna ( a gasolina ou diesel)
- Uma turbina hidráulica ou a gás
- Uma tomada de força qualquer (de tratores, por exemplo)
– Bomba (B): órgão encarregado de succionar o fluido, retirando-o do reservatório de
sucção e energizando-o através de seu rotor, o que impulsiona-o para o reservatório de
recalque.
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
– Válvula de pé com crivo (VPC): Instalada junto ao pé da tubulação de sucção, é uma
válvula unidirecional que só permite a passagem do fluido no sentido ascendente.
Figura 2 – Válvula de pé com crivo
A válvula de pé com crivo mantém a bomba escorvada, ou seja, com o desligamento do
motor de acionamento, mantém a carcaça e a tubulação de sucção cheia do fluido
recalcado, impedindo o seu retorno ao reservatório de sucção.
O posicionamento desta válvula no reservatório inferior deverá tanto a sucção de
partículas depositadas no fundo do poço, bem como evitar que, com o funcionamento,
seja a mesma descoberta, passando a bomba a aspirar ar.
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
– Redução excêntrica (RE): redução que liga o final da tubulação de sucção à boca de
entrada da bomba, de diâmetro normalmente, menor.
Figura 3 – Redução excêntrica
Com a excentricidade visa-se evitar a formação de bolsa de ar, à entrada da bomba, o que
estrangula a secção de entrada e dificulta o funcionamento normal da bomba.
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
– Válvula de retenção (VR): válvula também unidirecional instalada à saída da bomba e
antes do registro de recalque.
Figura 4 – Válvula de retenção
Tem as seguintes funções:
- Impedir que o peso da coluna de recalque seja sustentado pelo corpo da bomba;
- Impedir que, com um defeito na válvula de pé e entrando a tubulação de recalque por
baixo do reservatório superior, haja o refluxo do fluido.
- Possibilitar, através de um dispositivo chamado “by-pass”, a escorva automática da
bomba.
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
– Registro de recalque (R): acessório destinado a controlar a vazão recalcada, através
do seu fechamento e abertura.
Figura 5 – Registro de recalque
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
Notação Básica empregada: a adoção de uma notação básica para as grandezas que
ocorrerão com maior frequência.
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
4.1 – INSTALAÇÃO DE BOMBEAMENTO
4.2.1 – GENERALIDADES
Basicamente a especificação de uma bomba para um certa instalação de bombeamento é
função do conhecimento de duas grandezas:
- Vazão a ser recalcada 9Q).
- Altura manométrica da instalação (Hman ou H).
Figura 6 – Sequência de operações para cálculo e escolha de uma bomba
4.2.2 – VAZÃO A SER RECALCADA
A vazão a ser recalcada por uma bomba em uma instalação elevatória depende,
essencialmente, de três elementos:
- Consumo diário da instalação
- Jornada de trabalho
- Número de bombas em operação (caso das instalações com bombas
associadas em paralelo.)
4.2.2 – VAZÃO A SER RECALCADA
Tabela 1 – Estimativa de consumo – Informativo TécnicoTigre (Cia. Hansen Industrial)
4.2.3 – DIÂMETROS ECONÔMICOS
A variação do diâmetro tem reflexos diretos sobre o investimento e o custo operacional da
instalação.
A necessidade de escolher uma faixa de diâmetros que conjugue investimento e custo
operacional, de forma a ser levado a um CUSTO MÍNIMO.
(CUSTO TOTAL = INVESTIMENTO + CUSTO OPERACIONAL)
Figura 7 – Variações do investimento, custo operacional e custo total com o diâmetro.
4.2.3 – DIÂMETROS ECONÔMICOS
– Fórmula de Bresse:
Onde:
D: diâmetro, em m.
K: coeficiente variável, função dos custos de investimento e de operação.
Atualmente, K varia entre 0,8 e 1,3 (valor comum = 1,0).
Q: vazão, em m³/seg.
A fórmula de Bresse fornece o diâmetro da linha de recalque. Para a linha de sucção,
adota-se o diâmetro comercial imediatamente superior.
4.2.3 – DIÂMETROS ECONÔMICOS
– Fórmula da ABNT:
Onde:
D: diâmetro, em m.
T: jornada de trabalho, em horas.
Q: vazão, em m³/seg.
Não coincidindo o diâmetro calculado com um diâmetro comercial, é procedimento usual
admitir o diâmetro comercial imediatamente superior para a linha de sucção e o comercial
inferior para a linha de recalque.
A fórmula da ABNT é usual quando o funcionamento é intermitente.
4.2.3 – DIÂMETROS ECONÔMICOS
Figura 8 – Diâmetros das tubulações de uma elevatória com funcionamento intermitente, segundo ABNT.
4.2.3 – DIÂMETROS ECONÔMICOS
– Velocidade econômicas:
Obedecendo ao critério de obter-se um custo total mínimo, constatou-se que as
velocidades de escoamento ficaram dentro dos seguintes limites:
Vsucção < 1,5 m/seg (no máximo 2,0 m/seg)
Vrecalque < 2,5 m/seg (no máximo 3,0 m/seg)
Assim, o dimensionamento das linhas de sucção e recalque pode basear-se em tais
limites de velocidade (chamadas velocidades econômicas).
4.2.3 – DIÂMETROS ECONÔMICOS
Através do uso da equação da continuidade, o dimensionamento das linhas de sucção e
recalque pode ser determinado por:
Logo:
Como valores médios, pode-se adotar:
Vsucção ≈ 1,0 m/seg
Vrecalque ≈ 2,0 m/seg
4.2.4 – ALTURA MANOMÉTRICA
Define-se a altura manométrica de um
sistema elevatório como sendo a
quantidade de energia que deve ser
absorvida por 1 (um) quilograma de
fluido que atravessa a bomba, energia
esta necessária para que o mesmo
vença o desnível da instalação, a
diferença de pressão entre os dois
reservatórios (caso exista) e a
resistência natural que as tubulações e
acessórios oferecem ao escoamento
dos fluidos (perda de carga).
Figura 9 – A altura manométrica (Hmam) de uma instalação com reservatórios abertos (pr = pa = patm)
4.2.4 – ALTURA MANOMÉTRICA
Onde:
Quando ambos os reservatórios são abertos e sujeitos, portanto, à pressão atmosférica
(pr = pa = patm):
4.2.5 – PERDAS DE CARGA NA INSTALAÇÃO
A perda de carga na instalação consiste na resistência oferecida pelas tubulações e
acessórios (que são rugosos) ao escoamento do fluido (que é viscoso).
Pode ser:
- Contínua: perda de carga nos trechos retos de canalizações.
- Localizada ou acidental: perda de carga nos acessórios das tubulações.
4.2.5 – PERDAS DE CARGA NA INSTALAÇÃO
Influem de uma forma direta na perda de carga:
- A natureza do fluido.
- O estado superficial da parede e, portanto, o material de que é feito o tubo.
- O diâmetro da tubulação.
- A natureza do regime de escoamento (laminar ou turbulento).
- O comprimento da tubulação.
4.2.5 – PERDAS DE CARGA NA INSTALAÇÃO
Podemos considerar ainda:
- O material empregado na fabricação do tubo: o estado superficial (rugosidade) da parede
é função do material utilizado.
- O processo de fabricação do tubo: um tubo sem costura oferece menos resistência do
que um tubo com costura.
- Existência de revestimentos especiais: são empregados visando eliminar ou minorar o
efeito da corrosão.
- O estado de conservação das paredes: um tubo que sofre uma limpeza periódica
apresenta melhores condições.
- A idade da tubulação: com o passar dos tempos, a rugosidade das paredes aumenta e,
com a deposição progressiva das substâncias contidas nos fluidos, há um redução da
secção de escoamento.
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
1 – Uso conjugado da fórmula de Darcy-Weissbach com o ábaco de Moody:
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
A velocidade média do escoamento, segundo a equação da continuidade aplicada a
condutos circulares, é dada por:
Onde:
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
Para determinação do coeficiente de atrito (f), devemos considerar:
- O escoamento é laminar (Re < 2000)
Quando o escoamento for laminar, o coeficiente de atrito f é dado diretamente por:
Onde:
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
- O escoamento é turbulento (Re > 2400)
Quando o escoamento for turbulento, o coeficiente de atrito f, além de ser função do
regime de escoamento, depende também da rugosidade da tubulação.
Figura 10 – Tubo cortado.
A rugosidade relativa pode ser obtida diretamente do Ábaco 1ou através dos valores da
rugosidade absoluta da Tabela 1.
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
Tabela 1 – Rugosidade absoluta.
Conhecidos o número de Reynolds e a rugosidade relativa, o coeficiente de atrito f é dado
pelo Ábaco 2 (Ábaco de Moody).
De posse dos valores de f, L, D, V e g, a expressão de Darcy-Weissbach dá o valor da
perda de carga contínua.
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
2 – Uso do ábaco de Hazen-Williams:
Figura 11 – Ábaco de Hazen-Williams
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
Tabela 2 – Valores de C
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
Tabela 3 – Valores de C
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
4.2.6 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA CONTÍNUA
3 – Perda de carga em canalizações de PVC rígido:
4.2.7 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA LOCALIZADA
1 – Método dos comprimentos equivalentes:
Tal processo consiste em substituir o acessório por um comprimento de tubulação reta de
mesmo diâmetro e material, na qual ocorra uma perda de carga igual aquela que
acontecerá no acessório.
4.2.7 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Tabela 4 – Comprimentos equivalentes
4.2.7 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Tabela 5 – Comprimentos equivalentes
4.2.7 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA LOCALIZADA
2 – Método direto:
A perda de carga localizada pode ser dada diretamente por:
A perda de carga em todos os acessórios será, então:
4.2.7 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Tabela 6 – Valores aproximados de K
4.2.7 – CÁLCULO DA PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Figura 12 – Diagrama para determinação de V²/2g
4.2.8 – MEDIÇÃO DIRETA DA ALTURA MANOMÉTRICA
1 – Bomba com sucção positiva:
A perda de carga localizada pode ser dada diretamente por:
A perda de carga em todos os acessórios será, então:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- MACINTYRE, Archibald Joseph. Bombas e instalações de bombeamento. 2. ed., rev. Rio
de Janeiro: LTC, 2011. 782p.
- FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T. Introdução à mecânica dos fluidos. 6. ed. Rio de
Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, c2006. xiv, 798p.
- CARVALHO, Djalma Francisco. Instalações Elevatórias – Bombas. Belo Horizonte,
FURMAC – IPUC, 1977, 355p.