21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 X-002 PROPOSTA DE ADEQUAÇÃO DE BOMBEAMENTO DE ESGOTO SUBSTITUINDO BOMBAS PARAFUSO (ARCHIMEDES) POR SUBMERSÍVEIS COM VANTAGENS TÉCNICAS, OPERACIONAIS E DE MANUTENÇÃO José Uilson Rodrigues (1) Engenheiro Eletrotécnico, com curso de especialização em Engenharia de Saneamento Básico, Pós-Graduado em Materiais e Equipamentos Elétricos, Professor do SENAI, Gerente de Manutenção da Sabesp Hermínio da Cunha Ribeiro Júnior Engenheiro Industrial Mecânico, pós-graduando em Gerenciamento da Manutenção pelo Instituto de Especialização em Ciências Administrativas e Tecnológicas da Faculdade de Engenharia Industrial (IECAT- FEI-SP) Dante Ragazzi Pauli Engenheiro Civil, Pós-Graduado em Saúde Pública, Professor Universitário, Gerente de Departamento da Sabesp Hales Bueno Cândido Engenheiro Eletricista, Gerente de Divisão da Sabesp Endereço (1) : Rua Major Pinheiro Froes, Suzano - SP - CEP: Brasil - Tel: (11) e- mail: jurodrigues@sabesp.com.br RESUMO Nas estações elevatórias de esgoto da Sabesp em que são utilizadas bombas parafuso tipo Archimedes, tem-se deparado com freqüentes manutenções corretivas que geram custos elevados, com tempo de recuperação maior no sistema dado às dificuldades de atuação das equipes de manutenção quanto ao acesso e à remoção de equipamentos por seu porte muito grande. Com base nesses fatos optou-se, como alternativa, pela substituição dessas bombas por submersíveis, ganhando assim melhor acesso pelo mantenedor, facilidade de manutenção, menor contato do mantenedor com o esgoto. PALAVRAS-CHAVE: bomba parafuso, bomba submersível, elevatória de esgoto, manutenção de bomba, melhoria de desempenho. INTRODUÇÃO As estações elevatórias de esgoto da Sabesp, construídas na década de 1970, que recalcam esgoto através de bombas parafuso tipo Archimedes, têm apresentado diversos problemas de manutenção dado à aproximação do final da vida útil dos equipamentos. Entre os problemas podemos citar: quebra do mancal inferior (que fica submerso no esgoto), quebra de rolamentos, rompimento de engrenagens da caixa de redução, furos no corpo do fuso da bomba, desgaste na hélice e inúmeros outros. Em virtude da dificuldade de acesso para esses tipos de serviço, há envolvimento da equipe mantenedora no contato direto com o esgoto, isto nos levou a pesquisar alternativas de recalque cuja solução adotada, neste caso, foi a aplicação de bombas submersíveis em substituição às bombas parafuso, procurando a utilização do máximo de recursos disponíveis na própria instalação. Citamos o exemplo do uso do fuso como linha de recalque ou do leito (berço) da estrutura civil como apoio para a tubulação de recalque ou outra opção após análise técnica do executante DESCRIÇÃO DA BOMBA PARAFUSO O invento da bomba parafuso em aproximadamente 287 a 212 AC é atribuído a Archimedes, apesar da tecnologia moderna aplicada ao seu projeto de fabricação o princípio de funcionamento por ele idealizado ainda se mantém inalterado. As bombas parafuso tradicionalmente aplicadas em irrigação e drenagem encontram nos dias de hoje uma variada faixa de aplicações em tratamento de esgotos onde grandes volumes de líquidos são elevados a alturas relativamente baixas com inúmeras vantagens (figura 1). Em função do próprio princípio de funcionamento a ABES Trabalhos Técnicos 1

2 bomba parafuso recalca qualquer vazão de líquido que chegue, considerando sua capacidade máxima, evitando o emprego de dispendiosos sistemas de controle necessários às bombas centrífugas. Outra importante vantagem no campo do saneamento é a sua capacidade de transportar o esgoto sem necessidade de gradeamento, onde os detritos de qualquer espécie são carregados juntamente com o esgoto através das superfícies helicoidais da bomba, sem causar entupimento, o que seria comum nas bombas centrífugas trabalhando nas mesmas condições. O fato das bombas parafuso não necessitarem de gradeamento traz as seguintes vantagens: Em estações elevatórias de esgoto intermediárias, isto é, aquelas que tem a única finalidade de elevar o nível do interceptor, a dispensa de um sistema de gradeamento e a conseqüente eliminação da retirada e disposição final do material gradeado, implicando numa redução sensível dos custos operacionais, Em estações elevatórias de esgoto localizadas nas áreas de ETE s a bomba parafuso possibilita que o gradeamento seja efetuado após a bomba, com isto as grades serão mais curtas e conseqüentemente mais baratas, Devido à baixa velocidade de rotação, as bombas parafuso não apresentam praticamente nenhum desgaste por abrasão de sólidos em suspensão sobre sua superfície, proporcionando dessa forma uma sensível redução nos custos de manutenção. Com relação ainda à sua baixa velocidade de rotação e sua característica de transportar o líquido por deslocamento volumétrico, nos processos onde se empregam lodos ativados os flocos são mantidos no transporte sem dano algum. figura 1 curva de rendimento da bomba parafuso DESVANTAGENS DA BOMBA PARAFUSO No entanto, as bombas parafuso apresentam sérias desvantagens, principalmente quando próximo do final de sua vida útil: Alto custo de manutenção; Baixa altura manométrica; Grande dificuldade de manutenção corretiva; Armazenamento de gases no interior do fuso; Perda de vazão elevada; Dificuldade em obtenção de peças de reposição; 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 Problemas de lubrificação Estas desvantagens, dentre outras, muitas vezes são decisivas na hora de optar-se por continuar operando com essas bombas ou substituir todo o sistema. EXPERIÊNCIA EM OUTROS PAÍSES As adequações de instalações similares aos da Sabesp em outros países se devem às mesmas possuírem equipamentos antigos, sem peças de reposição, com custo elevado de manutenção corretiva, com problemas freqüentes de obstrução por areia, madeira e problemas de lubrificação dos mancais. Em Leipzig Alemanha, na Estação de Tratamento Rosental de Administração Particular da WAB Wasserversongungs und Abwasserbehandlung Leipzig GmbH cuja estação foi construída em 1920 e ampliada em 1970, possuía 03 (três) bombas parafuso tipo Arquimedes, conforme dados abaixo: comprimento do parafuso:9,35 a 10,35 m. altura do recalque: 5,0 m vazão do projeto: m³/h vazão real: m³/h O projeto de adequação foi desenvolvido e executado com custo civil reduzido, pois se utilizou o próprio canal da bomba parafuso para apoio da tubulação de recalque das novas bombas submersíveis. As 03 bombas foram trocadas por submersível pela empresa FLYGT tipo CP 3500 (55 kw) com vazão de m³/h (figura 2) Outro exemplo ocorreu em Pinedo Espanha, na Estação de Tratamento de Esgotos, uma das mais completas do país, de Administração particular da EMARSA Empresa Metropolitana de Águas Residuais S. A. no período de , foi requerida a construção de uma obra paralela de tratamento maior que a original. Possuía em suas instalações 03 (três) bombas Parafusos tipo Archimedes, conforme dados abaixo: comprimento do parafuso:15,9 m. altura do recalque: 5,32 m diâmetro 2,4 m motor 160 Kw vazão do projeto: 1,24 m³/s vazão real: 0,823 m³/s Foram reutilizados os tubos ocos das Bombas parafuso tipo Archimedes instaladas como tubulação de recalque para as novas bombas submersíveis tipo FLYGT CP 3601 com motor de 140 kw. VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS DA BOMBA SUBMERSÍVEL A seguir apresentamos as vantagens da substituição de bombas parafuso por bombas submersíveis, como proposta no caso experimental para a Estação Elevatória de Esgotos Retiro em São Paulo, a utilização de 03 conjuntos moto-bomba Flygt, CP 3300 LT, curva , com uma bomba instalada em lugar de cada uma das três bombas parafuso existentes, resultando numa vazão total de 750 l/s. As bombas descerão ao ponto de conexão através de tubo guia de descarga sem qualquer sistema de fixação (figura 3) ABES Trabalhos Técnicos 3

4 figura 2 instalação de bomba submersível através de guias O sistema parafuso do tipo Archimedes apresenta rendimento (total e hidráulicos) na ordem de 20% ou às vezes menor, quando comparado com bomba submersível com rendimento total de 62% e rendimento hidráulico, no ponto de operação real de 71%. Com garantia de vazão próximo ao especificado, com erro máximo de 5% para bombas submersíveis e de erro máximo de 35% no caso de bombas parafuso tipo Archimedes. Inexistência de Mancais externos, com graxa especial para alta temperatura; Sem necessidade de alinhamento o sistema moto-bomba é de eixo único; Sem necessidade de lubrificação à parte; Facilidade de manutenção e remoção, reduzindo o tempo de parada, no caso de troca por uma bomba reserva em espera; Potência elétrica instalada total de 03 bombas 77 Kw, com conseqüente economia, que satisfaz o atual recalque que se utiliza de 03 bombas tipo Archimedes com potência total instalada de 95HP. Dados sobre o funcionamento atual: Tomando por referência uma bomba G.02 tipo Archimedes instalada: Corrente nom. 220A Vazão 200 l/s 720 m³/h Tensão 440V Cos 0,9 Potência absorvida: 3 x 440 x 220 x 0,9 = 150,9 kw Com o custo de 18,80 Cr$/kWh, o custo da energia por hora de funcionamento é de Cr$ 2.836,92, ou US$ 10,19 (DEZ 93). Em 01 hora temos vazão de 720 m³, sendo assim, o custo por m³ bombeado é de: 3,94 Cr$/ m³ ou US$ 0,014/ m³ (DEZ 93). Dados sobre a Bomba Flygt Proposta de Substituição: Vazão 225 l/s = 810 m³/h Tensão 440V Cos 0,9 Potência absorvida: 25,69 kw O custo de Energia por hora de funcionamento é de Cr$ 482,97 ou US$ 1,73 (DEZ 93). Em 01 hora bombeia 810 m³ - custo por m³ bombeado é: 0,59 Cr$/ m³ ou US$ 0,0021/ m³ (DEZ 93). Representa economia de 84,86% em energia. O custo Cr$/ m³ recalcado de esgoto pelo atual sistema de bomba parafuso é de Cr$3,94/ m³ ou US$0,014/ m³ e aplicando-se a troca da bomba para submersível, o custo passa a ser Cr$0,59/ m³ ou US$0,0021/m³ com representatividade de 84,86% de economia de energia para e empresa. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 PROPOSTA Conjunto Moto-Bomba Submersível: Fabricante (referência) Flygt tipo LT Modelo CP 3300 curva Motor com tensão 440V Trifásico Freqüência 60 Hz Vazão 250 litros/ segundo Altura Manométrica 6,5 mca Rendimento Total 62% Rendimento Hidráulico 71% Acessórios: Cotovelo 90 graus em ferro fundido, preparado para ser fixado ao fundo da elevatória, que permite o acoplamento automático entre bomba e tubulação de descarga, com pintura especial em epoxy, diâmetro 350 mm. Tubo guia em aço inoxidável (AISI 304/316) diâmetro 3 e suporte dos tubos guia. Corrente galvanizada de ½ para içamento da moto bomba. Cabo elétrico de força para comprimento máximo de 35m, bitola 4 x 10 mm², 440 V. Cabo elétrico de comando, bitola 2 x 1,5 mm². Quadro de comando automático, manual, manutenção para 03 (três) conjuntos moto-bombas, com partida auto-compensada em 440V, automatização por chave de bóia construído de acordo com a Especificação Técnica Sabesp. A tubulação de descarga do proposto (diâmetro) 500mm terá o encaminhamento utilizando-se do Berço da Bomba Parafuso (figura 3) Outra possibilidade a ser verificada é a utilização do eixo da Bomba Parafuso como própria tubulação de descarga, este deverá ser objeto de estudo ABES Trabalhos Técnicos 5

6 QTDE DESCRIÇÃO PREÇO UNITÁRIO PREÇO TOTAL 03 Bomba CP 3300 LT , ,00 03 Conexão de Descarga , ,00 18 Tubo guia inox , ,00 03 Suporte dos tubos guia , ,00 30 Corrente galvanizada 2.517, , Cabo elétrico principal 9.375, , Cabo elétrico auxiliar 459, ,00 01 Quadro de Comando , ,00 TOTAL: CR$ ,00 ou US$ ,39 tabela 1 custo estimativo em 12/12/93 Amortização do investimento em equipamentos: Consumo mensal de Energia com as bombas tipo Archimedes: Consumo e Demanda Cr$ ,00 ou US$ 1.007,80. Economia mensal de Energia: consumo e demanda Cr$ ,00 ou US$ 644,69. Investimento: Cr$ ,00 ou US$ ,39. Amortização do investimento: 74 meses ou 6 anos. figura 3 desenho esquemático de montagem CONCLUSÕES Com esta apresentação pretendemos elucidar as diversas dificuldades operacionais e de manutenção com a utilização de bomba parafuso Archimedes e a sua substituição por outra tipo submersível, porém cabe ao profissional da área analisar especificamente em suas instalações ponderando o investimento, a redução de custos, segurança operacional e confiabilidade das instalações. Esperamos desta forma ter contribuído com uma parcela técnica de cooperação às comunidades de manutenção e operação. 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 AGRADECIMENTOS MC José Luiz Salvadori Lorenzi AE Geraldo Julião dos Santos AEL Márcio Fernandes REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Catálogo FMC/FILSAN 05/75 2. ITT Fluid Technology Corporation 3. Flygt do Brasil S/A/Eng. Alexandre Corrêa de Godoy 4. IMPELLER Nuevo Buletin de Noticias del Grupo ITT Junio/1993 ABES Trabalhos Técnicos 7