Sistemas de Recalque Bombas Hidráulicas

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1 CUSO: ENENAIA CIVIL DISCIPLINA: IDÁULICA EAL POFESSO(ES): ALEXANDE MACOS FEIE DA COSTA E SILVA PEÍODO LETIVO: JANEIO A JUNO TUMA(S): ECI 5 NA; ECI 5 NB; ECI 5 NC PEÍODO DE AULA: 07/02/2011 A 30/06/2011 Aula 09 Sistemas de ecalque Bombas idráulicas 1. Introdução e conceitos gerais. Na impossibilidade de transportar a água por gravidade até o seu destino final, devido as configurações geográficas (topográficas) do terreno e a grande escassez de mananciais alternativos, o sistema de recalque surge como principal solução viável. O Sistema de ecalque é o conjunto de tubulações, acessórios, bombas e motores necessários para transportar uma certa vazão de líquido de um reservatório inferior 1 na cota Z1, para outro superior 2, na cota Z2 > Z1. Assim, a finalidade do sistema de recalque ou bombeamento é elevar a cota piezométrica do líquido no interior do conduto, para vencer os desníveis geométricos e as perdas de carga. 1

2 Z Z : Altura Piezométrica Total no S - es. mais baixo ou inferior, - es. mais alto ou superior, : Altura Piezométrica Total no : Altura eométrica, : Altura de Sucção, r : Altura de ecalque, 1 2 Em abastecimento de água são indicadas os sistemas de recalque nas seguintes situações: - Captação de água bruta; - Aduzir água por recalque (devido aos desníveis topográficos); - Transportar água de um reservatório para outro ((devido aos desníveis topográficos); - Lavagem de filtros de ETAs (lavagem ascendente); - Injeção direta de água na ede de Distribuição (Booster); 2

3 Para isto são necessárias as seguintes condições: 2. Altura Manométrica. - Planejamento adequado; - Projeto bem detalhado e bem especificado; - Execução adequada; - Boa operação e manutenção. Altura Manométrica ou altura total de elevação é a carga que a bomba deve fornecer para que o líquido seja transportado do reservatório 1 para o reservatório 2. A altura manométrica ( man ; m ou man : alt. geométrica, ) é expressa pela equação : :Som. das Perdas de Carga. 3. Elementos hidráulicos de um Sistema de ecalque e Curva Característica da Tubulação. Para a solução de problemas de bombeamento é conveniente traçarse a curva característica do sistema (da tubulação) a qual fornece, para cada vazão de bombeamento, a perda de carga e a altura manométrica total. 3

4 Assim, a Curva Característica do Sistema é obtida calculando-se previamente as perdas de carga nas tubulações de sucção e de recalque, para várias vazões de escoamento, somadas ao desnível geométrico; fornecendo os pontos para o traçado da curva. Curva característica do sistema, para um diâmetro de recalque (D ) previamente escolhido, em função da vazão de bombeamento e da altura manométrica total. 4

5 h h h h h h h h S S S fs SS f S :Desnível eométrico Total, : Desnível eométrico da Sucção, :Desnível eométrico do ecalque, : Perda de Carga Total na Sucção, :Perda de Carga por atrito na sucção, :Perda de Carga Acidental na Sucção, : Perda de Carga Total no ecalque, :Perda de Carga por atrito no recalque, :Perda de Carga Acidental no recalque, : Altura Manométrica na Sucção (h :Altura Manométrica no ecalque (h S S ), ), 4. Classificação das Bombas. Tipos de Bomba, segundo o idraulic Institute Standard: a) Bombas Centrífugas; b) Bombas otativas; c) Bombas de Êmbolo ou de Pistão; d) Bombas de Poço Profundo (Tipo Turbina); e) Bombas Especiais (de ejetor, de injeção de gás, de ariete hidráulico, eletromagnéticas). a) Bombas centrífugas: As bombas centrífugas cobrem uma grande variedade de vazões versus alturas manométricas elevadas, têm bom rendimento em relação às outras, são mais baratas e apresentam uma grande variedade quanto a sua classificação, cobrindo praticamente quase todas as necessidades de aplicação no campo do abastecimento de água. 5

6 b) Bombas rotativas: São indicadas para grandes vazões e pequenas alturas de elevação. Em algumas ocasiões são usadas na elevação de esgotos. São de baixo rendimento, devido ás fugas que se verificam entre hélice as canaletas que as contêm. c) Bombas de êmbolo ou de pistão: São indicadas para pequenas vazões, e quando se requer precisão nas vazões de bombeamento. Em abastecimento de água são usadas na dosagem de produtos químicos no tratamento da água. d) Bombas de poço profundo: São usadas para captação de água de poços profundos. Sendo atualmente, substituídas pelas bombas submersas, que requerem uma estrutura de montagem mais simples e por serem mais baratas. 5. Bomba Centrífuga. É aquela que desenvolve a transformação de energia através do emprego de forças centrífugas. Tipos de bombas de centrífugas: a) de Fluxo adial; b) de Fluxo Misto; c) de Fluxo Axial; 6

7 5.1. Classificação da Bomba Centrífuga. carcaça). a) De acordo com as características do coletor (perfil interno da - Tipo Voluta: É aquela cujo perfil interno corresponde aproximadamente à trajetória que a partícula líquida realiza, evitando o máximo de choques e turbulências. - Tipo Carcaça com difusor ou conhecida como tipo turbina: É aquela que dispõe de palhetas fixas no seu interior, com a função de direcionar o fluxo líquido saído do rotor. 7

8 b) De acordo com o ângulo que a direção do líquido ao sair do rotor forma com a direção do eixo. - de Fluxo adial: Centrífuga propriamente dita. - de Fluxo Axial ou Propulsora: O rotor é tipo hélice, sendo mais indicada para grandes vazões e baixas alturas manométricas. Trabalha submersa, acionada por um eixo vertical de transmissão, acoplado ao motor (vertical) instalado na superfície. - de Fluxo Misto: Centrífuga e propulsora. Neste tipo de bomba o fluido chega axialmente ao rotor e já atinge as pás,onde,as pás são de dupla curvatura impondo ao fluido uma trajetória em forma de curva reversa que chega ao bordo de saída da pá Apresentação das bombas de Fluxo adial (Centrífugas Propriamente ditas). 1) De acordo com o modo que a água entra no rotor: - Sucção Simples, - Sucção Dupla. 2) De acordo com o tipo de Sucção: - Auto Escorvante, - Não auto escorvante (mais comuns). 8

9 3) De acordo com o número de rotores: - Um estágio, - Múltiplos estágios. 4) De acordo com o tipo de montagem do conjunto: - orizontal, - Vertical. 5) De acordo com o projeto do rotor: - Fechado (para líquidos limpos), - Semi-aberto (Líquidos Sujos), - Aberto (líquido com matéria sólida em suspensão). 6) De acordo com a construção da carcaça: - Carcaça bipartida horizontalmente, - Carcaça bipartida axialmente. 7) De acordo com o nível do líquido no poço de sucção: - Sucção Positiva: Quando o nível do líquido no poço de sucção está abaixo do eixo da bomba. 9

10 - Sucção Negativa: Quando o nível do líquido no poço de sucção está acima do eixo da bomba. Nesse caso costuma-se dizer a bomba trabalha afogada Conjunto Elevatório ou rupo Moto-Bomba. É o equipamento constituído por uma bomba acoplada a um motor o qual é o responsável pela força motriz e consequentemente o impulsionamento da bomba. 10

11 5.4. Estação Elevatória ou Casa de Bomba. É a identificação onde encontram-se instalados os conjuntos elevatórios, seus acessórios hidráulicos, implementos elétricos (substação abaixadora de tensão, quadros de comandos e controle), dispositivos de proteção hidráulicos e elétricos, etc. 11

12 6. Dimensionamento do Conjunto Elevatório. Temos que : W. Vol. W t. Vol. t bomba ideal. da bomba. Somando - se à W t. Q. man WP ( CV ) K K 75 seq ( L / s). Q. 75. n. Q. em "CV" (cavalo vapor), temos : ( CV ) Seja W o trabalho mecânico necessário ao transporte de uma partícula fluida do ponto A para o ponto B. W F. F P m. g. g m Vol e recalque) e dividindo - se por K para converter "Kgf.m/s". g m. g. Vol as perdas de carga nas tubulações (sucção WP ( Water orse Power) :É a potência consumida por uma BP (Break orse Power) : Potência exigida no eixo acionador BP P man man Q ( m 3 S Seo fluido for águae : Q ( L / s) 1, 0 Kgf / l / s) 1000 Kgf / m 3 12

13 P : Potência : Peso específico do fluido, Q : Vazão de escoamento, n n B M man : Altura Manométrica, : endimento da do conjunto moto - bomba, n : endimento do conjunto elevatório n.n bomba, : endimento do motor. B M (70% a 75%), 7. Dimensionamento do diâmetro econômico de recalque. Pela Fórmula de Bresse : D K. Pela Fórmula de Forcheimer : D K. Pela ABNT (NB - 92/66): D Sendo: X Onde : 1,3. X 0,25 ( Válida para 3 Q :Vazão de Escoamento (m /s), D K Q X Q Q : Diâmetro de recalque (m), 0,8 a 1,5; normalmente adota - se1,0. OBS.:O Diâmetro da sucção é o comercial imediatamente superior ao de recalque calculado. funcionamento 24h / dia) ( Válida a EE trabalhar menos de 24h / dia) nº de horas de ( Válida a EE trabalhar menos de 24h / dia) funcionamento em um dia 24 13

14 8. Escolha de uma bomba. Deve-se escolher a que oferecer rendimento máximo e ligeiramente à esquerda deste ponto. Ainda, considerar a questão comercial do problema Bombas trabalhando em série. Duas bombas em série: Q = Q 1 = Q 2 (cte). man T = man 1 + man 2 Se as bombas forem iguais, tem-se que: man 1 = man 2 Logo: man T = 2.man Bombas trabalhando em paralelo. Duas bombas em paralelo: Q = Q 1 + Q 2. Normalmente: Q 1 = Q 2. Logo: Q = 2. Q 1 Condição: man T = man 1 = man 2 14

15 9. Energia Disponível no Líquido na entrada da Bomba - NPS. A sigla NPS do inglês Net Positive Suction ead é adotada universalmente para designar a energia disponível na sucção, ou seja, a carga positiva e efetiva na sucção. Devendo considerar dois valores: a) NPS requerido, que é uma característica hidráulica da bomba, fornecida pelo fabricante; b) NPS disponível, que é uma característica das instalações de sucção, que se deve calcular. Temos que : NPS Onde : h h Pa :Pressão atmosférica local, Pv :Tensão de vapor do líquido à temperatura ambiente, hf S S S OBS.: disponível h S : carga ou altura de água na sucção (entrada afogada), : altura de aspiração, Pa Pv hf : Pressão de carga total na sucção, Tensão de Vapor (T 25º C) 0,32m. S NPS requerido 15

16 10. Cavitação. Quando a pressão absoluta em um determinado ponto se reduz a valores abaixo de um limite, alcançando o ponto de ebulição da água (para essa pressão) esse líquido começa a ferver e os condutos ou peças (de bombas, turbina ou tubulações) passam a apresentar, em parte, bolsas de vapor dentro da própria corrente. Esse fenômeno de formação e destruição originadas pelas bolsas de vapor são denominadas de Cavitação. Assim deve-se evitar que a pressão de uma bomba atinja o limite crítico (pressão de vapor), procedendo-se: NPS ecomenda se : NPS disponível disponível NPS 1,15. NPS E, na prática o valor de h requerido Smáx situa -se em torno de 6,00m. requerido, 16

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