SISTEMAS ELEVATÓRIOS
ESTAÇÕES DE BOMBEAMENTO
6º CIVIL
• 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.
• 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.
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.
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).
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).
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).
• 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
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.
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
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).
• Diâmetro de recalque
Para determinar o diâmetro de recalque tem que definir
anteriormente o tipo de operação do sistema motobomba, 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,
• 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.
• 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.
• Altura máxima de succção
• 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.
• 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.
•
•
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.
• 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 outros termos já foram defenidos no item anterior.
• Para que a bomba funcione bem, é preciso que:
Exercícios
Solução