instalações elevatórias

HIDRULICAVINICIUS RIOS BARROSe-mail:[email protected]

MquinasSo transformadores de energia (absorvem energia em uma forma e restituem em outra).Classificao das Mquinas HidrulicasMquina hidrulica motora: transforma a energia hidrulica em energia mecnica (ex.: turbinas hidrulicas e rodas dgua);

2) Mquina hidrulica geradora: transforma a energia mecnica em energia hidrulica.

Principais Componentes de uma Bomba HidrodinmicaRotor: rgo mvel que fornece energia ao fluido. responsvel pela formao de uma depresso no seu centro para aspirar o fluido e de uma sobrepresso na periferia para recalc-lo.

Difusor: canal de seo crescente que recebe o fluido vindo do rotor e o encaminha tubulao de recalque. Possui seo crescente no sentido do escoamento com a finalidade de transformar a energia cintica em energia de presso Corte do rotor e difusor.

Classificao das TurbobombasQuanto trajetria do fluido dentro do rotor Bombas radiais ou centrfugas: o fluido entra no rotor na direo axial e sai na direo radial. Caracterizam-se pelo recalque de pequenas vazes em grandes alturas. A fora predominante a centrfuga. Bombas axiais: o fluido entra no rotor na direo axial e sai tambm na direo axial. Caracterizam-se pelo recalque de grandes vazes em pequenas alturas. A fora predominante a de sustentao.Bomba com rotores radialBomba com rotores axial

2) Quanto ao nmero de entradas para a aspirao e suco Bombas de suco simples ou de entrada unilateral: a entrada do lquido se faz atravs de uma nica boca de suco. Bombas de dupla suco: a entrada do lquido se faz por duas bocas de suco, paralelamente ao eixo de rotao. Esta configurao equivale a dois rotores simples montados em paralelo. O rotor de dupla suco apresenta a vantagem de proporcionar o equilbrio dos empuxos axiais, o que acarreta uma melhoria no rendimento da bomba, eliminando a necessidade de rolamento de grandes dimenses para suporte axial sobre o eixo.

3) Quanto ao nmero de rotores dentro da carcaa Bombas de simples estgio ou unicelular: a bomba possui um nico rotor dentro da carcaa. Teoricamente possvel projetar uma bomba com um nico estgio para qualquer situao de altura manomtrica e de vazo. As dimenses excessivas e o baixo rendimento fazem com que os fabricantes limitem a altura manomtrica para 100 m.Cortes de bombas monoestgio

Bombas de mltiplo estgio: a bomba possui dois ou mais rotores dentro da carcaa. o resultado da associao de rotores em srie dentro da carcaa. Essa associao permite a elevao do lquido a grandes alturas (>100 m), sendo o rotor radial o indicado para esta associao.Corte de uma bomba de mltiplo estgio

4) Quanto ao posicionamento do eixo Bomba de eixo horizontal: a concepo construtiva mais comum.Bomba de eixo horizontal

Bomba de eixo vertical: usada na extrao de gua de poos profundos.Corte de uma bomba de eixo vertical

5) Quanto ao tipo de rotor Rotor aberto: usada para bombas de pequenas dimenses. Possui pequena resistncia estrutural. Baixo rendimento. Dificulta o entupimento, podendo ser usado para bombeamento de lquidos sujos Rotor semi-aberto ou semi-fechado: possui apenas um disco onde so afixadas as palhetas

Rotor fechado: usado no bombeamento de lquidos limpos. Possui discos dianteiros com as palhetas fixas em ambos. Evita a recirculao da gua, ou seja, o retorno da gua boca de suco

Esquemas de rotores fechado, semi-aberto e aberto

6) Quanto a posio da suco Suco positiva: o eixo da bomba fica acima do nvel dgua na suco.

Suco negativa: o eixo da bomba fica abaixo do nvel dgua na suco.Suco positivaSuco negativa ou afogada

Princpio de funcionamento de uma bomba centrfuga ou radialPrincpio de funcionamento da bomba centrfuga

Altura Manomtrica da InstalaoA altura manomtrica (Hm) de uma instalao de bombeamento representa a energia (por unidade de peso) que o equipamento ir transferir para o fluido, a fim de satisfazer s necessidades do projeto, ou seja, a sua demanda. Existem duas maneiras de calcular Hm: Primeira expresso da altura manomtricaUtilizada para o caso da bomba em funcionamento (j instalada). Segunda expresso da altura manomtricaUtilizada para uma nova instalao elevatria.

Primeira expressoA equao de Bernoulli aplicada entre a entrada (e) e a sada (s) de uma bomba Instalao tpica com manmetro na entrada e na sada

Segunda expressoA equao da energia aplicada entre os pontos 1 e 2 da figura anterior fornece:Instalao tpica com manmetro na entrada e na sada

Exerccios: 1) Em uma instalao de bombeamento, j em funcionamento, as leituras do manmetro e do vacumetro indicam, respectivamente, 3,0 kgf/cm2 e -0,7 kgf/cm2. Encontre a altura manomtrica da bomba nessa condio.Resposta: Hm = 37,0 mca2) No sistema de recalque da Figura abaixo, a perda de carga na suco de 1,2 mca e a perda de carga no recalque de 12,3 mca. Pede-se:a) a altura manomtrica de recalque;b) a altura manomtrica de suco; e c) a altura manomtrica total.Resposta:Hmr: 47,3 mca;Hms: 5,2 mca;Hm: 52,5 mca

Escolha da Bomba e Potncia Necessria ao seu Funcionamento

Basicamente a seleo de uma bomba para uma determinada situao, funo de:vazo a ser recalcada (Q); ealtura manomtrica da instalao (Hm).- Vazo a ser recalcadaA vazo a ser recalcada depende essencialmente de trs elementos:1) Consumo dirio da instalao;2) Jornada de trabalho da bomba;3) Nmero de bombas em funcionamento.

- Altura manomtrica da instalaoO levantamento topogrfico do perfil do terreno permite determinar: o desnvel geomtrico da instalao (Hg), o comprimento das tubulaes de suco e de recalque e o nmero de peas especiais dessas tubulaes. Com os comprimentos das tubulaes e o nmero de peas especiais, a perda de carga facilmente calculada pelo conhecimento dos dimetros de suco e de recalque.Altura manomtrica de uma instalaoObservao:A altura manomtrica ser calculada por Hm = Hg + ht. Vale ressaltar que se na extremidade da tubulao de recalque for necessria uma presso adicional (Ps), a mesma deve ser acrescida na equao anterior, ou seja: Hm = Hg + ht + Ps

Clculo dos dimetros de suco e de recalqueDimetro de recalque (Dr)a) Frmula de BresseRecomendada para funcionamento contnuo, ou seja: 24 h/dia.em que:DR = dimetro de recalque, em m;Q = vazo em m3/s; eK = coeficiente econmico {balano entre os gastos com tubulao (investimento) e os gastos com a operao da instalao (custo operacional - 0,8 a 1,3)}.

Clculo dos dimetros de suco e de recalqueDimetro de recalque (Dr)b) Frmula da ABNT (NB 92/66)Recomendada para funcionamento intermitente ou no contnuo:

em que:Ds = dimetro de recalque, em m;T o nmero de horas de funcionamento da bomba por dia;Q = vazo em m3/s.Observao: (Valores a serem verificados)na suco: Vs < 1,5 m/s (no mximo 2,0 m/s)no recalque: Vr < 2,5 m/s (no mximo 3,0 m/s)

Clculo dos dimetros de suco e de recalque

- Dimetro de suco (Ds) o dimetro comercial imediatamente superior ao dimetro de recalque calculado pelas frmulas anteriores.Exerccio:1) Considere os seguintes dados de um sistema de bombeamento:Vazo de projeto: 39,0 L/sJornada diria de trabalho: 8 h/diaPara estas condies, encontre os dimetros comerciais das tubulaes.

DR =200 mm e DS = 250 mm

Ocorrncia da Cavitao

O aparecimento de uma presso absoluta entrada da bomba, menor ou igual a presso de vapor do lquido, na temperatura em que este se encontra, poder ocasionar os seguintes efeitos:

Se a presso absoluta do lquido na entrada da bomba for menor ou igual presso de vapor e se ela (a presso) se estender a toda a seo do escoamento, poder formar-se uma bolha de vapor capaz de interromper o escoamento.

- Se esta presso for localizada a alguns pontos da entrada da bomba, as bolhas de vapor liberadas sero levadas pelo escoamento para regies de altas presses (regio de sada do rotor). Em razo da presso externa maior que a presso interna ocorre a imploso das bolhas (colapso das bolhas), responsvel pelos seguintes efeitos distintos da cavitao (ocorrem simultaneamente esses efeitos):

Ocorrncia da Cavitao

Efeito qumico - com as imploses das bolhas so liberados ons livres de oxignio que atacam as superfcies metlicas (corroso qumica dessas superfcies).Efeito mecnico - atingindo a bolha regio de alta presso, seu dimetro ser reduzido (inicia-se o processo de condensao da bolha), sendo a gua circundante acelerada no sentido centrpeto. Com o desaparecimento da bolha, ou seja: com a condensao da bolha as partculas de gua aceleradas se chocam cortando umas o fluxo das outras, provocando o chamado golpe de arete e com ele uma sobre presso que se propaga em sentido contrrio, golpeando com violncia as paredes mais prximas do rotor e da carcaa, danificando-as:

NPSH disponvel na instalao e NPSH requerido pela bomba

Para que uma bomba trabalhe sem cavitar, torna-se necessrio que a presso absoluta do lquido na entrada da bomba seja superior presso de vapor, temperatura de escoamento do lquido.Patm=presso atmosfrica (kgf/m);Pv=presso de vapor(kgf/m);Hs=altura da suco (m);hts=perda de carga total na suco (m);y= peso especfico do lquido (kgf/m).

Fornecido pelo fabricanteA = Altitude em metros

Presso de Vapor da gua para diferentes temperaturas

Temperatura (oC)Tenso de Vapormm Hgkgf.cm-2152025303540455055606570758085909510010511011512012,717,423,631,541,854,971,492,0117,5148,8136,9233,1288,5354,6433,0525,4633,7760,0906,01075,01269,01491,00,01740,02380,03220,04290,05720,07500,09740,12550,16020,20280,25470,31750,39290,48280,58940,71490,86201,03331,23201,46091,72602,0270

Exerccio:Verificar se a moto bomba a seguir ir cavitar.Dados:Altitude de instalao da motobomba: 400mTemperatura do lquido escoante: 25CComprimento da tubulao de suco: 63,2 mAltura da tubulao de suco: 6 mDimetro do suco: 200 mmVazo a ser recalcada: 175 m/hNPSHr: 3 mMaterial da Tubulao PVC: C=145Peas na suco:

Como: NPSHd

Medidas destinadas a dificultar o aparecimento da cavitao, por parte do usurioa) trabalhar com lquidos frios (menor temperatura, menor Pv);b) tornar a linha de suco a mais curta e reta possvel (diminui a perda de carga); ec) selecionar o dimetro da tubulao de suco de modo que a velocidade no ultrapasse 2 m/s (diminui a perda de carga).

- Potncia necessria ao funcionamento da bomba (Pot)A potncia absorvida pela bomba calculada por: em que:Hm = Altura manomtrica, em m;Q = vazo em, m3/s; = peso especfico, em kgf/m; = rendimento.

- Potncia instalada (N) ou potncia do motorO motor que aciona a bomba dever trabalhar sempre com uma folga ou margem de segurana a qual evitar que o mesmo venha, por uma razo qualquer, operar com sobrecarga. Portanto, recomenda-se que a potncia necessria ao funcionamento da bomba (Pot) seja acrescida de uma folga, conforme especificao a seguir (para motores eltricos)Motores a leo diesel recomenda-se uma margem de segurana de 25% e a gasolina, de 50% independente da potncia calculada. Para a determinao da potncia instalada (N), deve-se observar que os motores eltricos nacionais so fabricados com as seguintes potncias comerciais, em cv: 1/4 1/3 1/2 3/4 1 1 2 3 4 5 7 10 12 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125

Potncia exigida pela Bomba (Pot)Margem de segurana recomendada (%)At 2 cv50%De 2 a 5 cv30%De 5 a 10 cv20%De 10 a 20 cv15%Acima de 20 cv10%

- Escolha da bomba em catlogo do fabricanteExerccio:Calcular a potncia instalada e indicar qual motobomba voc utilizaria para a instalao elevatria de gua. Dados: Hm = 65m; Q = 140m/h; y = 10 kgf/m.Na prtica deve-se, alm do rendimento, observar tambm a idoneidade do fabricante, os termos de garantia, a disponibilidade de assistncia tcnica, etc.Modelo escolhido o GM.

Esquema tpico de instalao de uma motobomba centrfuga- Peas Especiais numa Instalao Tpica de Bombeamento

- Peas Especiais numa Instalao Tpica de BombeamentoNa linha de suco1) Vlvula de p com crivoInstalada na extremidade inferior da tubulao de suco. uma vlvula unidirecional, isto , s permite a passagem do lquido no sentido ascendente. Com o desligamento do motor de acionamento da bomba, esta vlvula mantm a carcaa ou corpo da bomba e a tubulao de suco cheia do lquido recalcado, impedindo o seu retorno ao reservatrio de suco ou captao.

2) Curva de 90oImposta pelo traado da linha de suco.

3) Reduo ExcntricaLiga o final da tubulao entrada da bomba, de dimetro geralmente menor. Essa excentricidade visa evitar a formao de bolsas de ar entrada da bomba. So aconselhveis sempre que a tubulao de suco tiver um dimetro superior a 4 (100 mm).

Na linha de recalque1) Ampliao concntricaLiga a sada da bomba de dimetro geralmente menor tubulao de recalque.

2) Vlvula de reteno unidirecional e instalada sada da bomba, antes da vlvula de gaveta.

Suas funes so:impedir que o peso da coluna de gua do recalque seja sustentado pela bomba o que poderia desalinh-la ou provocar vazamentos na mesma;

b) impedir que a bomba funcione como turbina, o que viria a provocar danos mesma.

Na linha de recalque3) Vlvula de gavetaInstalada aps a vlvula de reteno. Suas funes so de regular a vazo e permitir reparos na vlvula de reteno.

Curvas Caractersticas das BombasCurvas caractersticas de bombas centrfugasCurvas caractersticas de bombas axiais

- Algumas concluses tiradas das curvas caractersticas das bombas1) O aspecto achatado das curvas de rendimento das bombas centrfugas mostra que tal tipo de bomba mais adequado onde h necessidade de variar vazo. A vazo pode ser variada sem afetar significativamente o rendimento da bomba;

2) A potncia necessria ao funcionamento das bombas centrfugas cresce com o aumento da vazo e decresce nas axiais. Isto mostra que, as bombas radiais devem ser ligadas com a vlvula de gaveta fechada, pois nesta situao, a potncia necessria para acion-las mnima. O contrrio ocorre com as bombas axiais;

3) Para bombas radiais, o crescimento da altura manomtrica no causa sobrecarga no motor; especial ateno deve ser dada quando a altura manomtrica diminui. Quando Hm diminui, aumenta a vazo, o que poder causar sobrecarga no motor.

Curvas Caractersticas do Sistema ou da TubulaoA segunda expresso da altura manomtrica fornece: Equao por Hazen-WilliansEquao por Darcy-WeisbachEssas equaes, quando representadas graficamente, tm o seguinte aspecto:Curva caracterstica da Tubulao

Ponto de Operao do SistemaA interseco da curva caracterstica da bomba com a curva caracterstica da tubulao define o ponto de trabalho ou ponto de operao da bomba, ou seja: para a vazo de projeto da bomba, a altura manomtrica da bomba igual quela exigida pelo sistema.

Ponto de funcionamento do sistema

Equao de Hazen-WilliansAtribuindo-se valores a Q, na equao anterior, teremos os seguintes valores para Hm:

Curvas Caractersticas do Sistema ou da TubulaoDados:

Q05080110130140,4170200230Hm57,058,1859,8362,0963,9465,0068,4072,3976,94

- Escolha da bomba em catlogo do fabricante

Carta hidrulica do fabricante Mark-Peerless (1750 rpm)


Carta hidrulica do fabricante Mark-Peerless (3500 rpm)


Curvas caractersticas da bomba GM


Curvas caractersticas da bomba GN


..........Ponto de projetoCurva do sistemaPonto de Operao do Sistema


..........Ponto de projetoCurva do sistemaPonto de Operao do Sistema.

- Escolha da bomba em catlogo do fabricante..55,0 cv47,5 cv2,4 m3,2 m

Associao de BombasRazes de naturezas diversas levam necessidade de se associar bombas:a) inexistncia no mercado de bombas que possam, isoladamente, atender a vazo de demanda;b) inexistncia no mercado de bombas que possam, isoladamente, atender a altura manomtrica de projeto;c) aumento da demanda com o decorrer do tempo.

As associaes podem ser em paralelo ou em srie. As razes (a) e (c) requerem a associao em paralelo e a razo (b), associao em srie.

Exemplos de associao de bombas em paralelo.

Associao em Paralelo

Para a obteno da curva caracterstica das bombas associadas em paralelo as vazes se somam para uma mesma altura manomtrica. Esta associao muito utilizada em abastecimento de gua de cidades e em indstrias.

Uma bomba de dupla suco possui dois rotores em paralelo, onde as vazes se somam para a mesma altura manomtrica ( um caso particular de associao em paralelo).

A interseo entre a curva caracterstica da associao e a curva caracterstica do sistema indica o ponto de trabalho da associao em paralelo. A seguir apresentando um esquema da associao em paralelo:

Exemplos de associao de bombas em srie.

Associao em Srie

Para traado da curva caractersticas das bombas associadas em srie, as alturas manomtricas se somam para uma mesma vazo. Nas bombas de mltiplos estgios os rotores esto associados em srie numa mesma carcaa. Na associao em srie, deve-se ter o cuidado de verificar se a flange da suco e a carcaa a partir da segunda bomba suportam as presses desenvolvidas.

Observando a seguir, se a bomba B for desligada, a bomba A no conseguir vencer a altura manomtrica (curva caracterstica do sistema se situa acima da curva da bomba A). Haver recirculao do lquido e sobre aquecimento do mesmo (situao perigosa).

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