Aula de Bombas

MAQUINAS MOTRIZES SELEÇÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS

MÁQUINAS HIDRÁULICAS: CLASSIFICAÇÃO 1. MÁQUINAS OPERATRIZES:

Introduzem no líquido em escoamen escoamento to energia de uma fonte externa. Transformam energia mecânica fornecida por uma fonte (um motor elétrico, por exemplo) em energia hidráulica. Formas de energia adicionadas: pressão e velocidade (exemplo: bombas hidráulicas) •

MÁQUINAS HIDRÁULICAS: CLASSIFICAÇÃO 2. MÁQUINAS MOTRIZES: Transformam a energia hidráulica que o líquido possui em outra forma de energia e a transferem para o exterior. Exemplos: turbinas, motores hidráulicos, rodas d’água;

MÁQUINAS MOTRIZES

ESQUEMA DE INSTALAÇÃO HIDRELÉTRICA

MÁQUINAS HIDRÁULICAS: CLASSIFICAÇÃO 3. MÁQUINAS MISTAS: Máquinas que modificam o estado da energia que o líquido possui. Exemplos: ejetores (bombas injetoras) e carneiros hidráulicos.

CARNEIRO HIDRÁULICO

EQUAÇÃO DO CARNEIRO HIDRÁULICO

Q.Hs. = q.Hr

ou

Hs. /Hr = q/Q

Q é a vazão recebida pelo carneiro (l/min); q a vazão elevada pelo carneiro (l/min); Hs é altura do reservatório de captação de água (m); Hr é a altura de elevação do carneiro ao reservatório superior (m); é o rendimento do carneiro

RENDIMENTO DO CARNEIRO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO Hs/Hr QUEDA

ELEVAÇÃO

PROPORÇÃO

RENDIMENTO

1m

2m

1:2

0,80

1m

3m

1:3

0,75

1m

4m

1:4

0,70

1m

5m

1:5

0,65

1m

6m

1:6

0,60

1m

7m

1:7

0,55

1m

8m

1:8

0,50

Tabela Carneiro Hidráulico Kenya MODELOS

3

4

5

 Necessidade p/ acionamento (l/h)

720 a 1.200

1.200 a 1.800

2.400 a 3.900

Cano Entrada

1"

1.1/4"

2"

Cano Recalque

1/2"

1/2"

3/4"

Peso (Kg)

14

20

34

Proporção

Recalque em litros/hora

1:3

180-300

300-420

640-950

1:4

120-210

220-320

440-700

1:5

100-170

180-270

350-570

1:6

80-140

150-220

300-480

1:7

70-120

115-190

245-420

1:8

60-105

105-170

210-360

1:9

55-100

90-150

180-320

MODELOS

3

4

5

 Necessidade p/ acionamento (l/minuto)

720 a 1.200

1.200 a 1.800

2.400 a 3.900

Cano Entrada

1"

1.1/4"

2"

Cano Recalque

1/2"

1/2"

3/4"

Peso (Kg)

14

20

34

Proporção

Recalque em litros/hora

1:10

45-85

85-135

150-290

1:11

40-80

75-120

140-255

1:12

40-70

70-110

125-255

1:13

35-65

65-100

110-195

1:14

30-60

60-95

100-175

1:15

30-55

55-85

85-155

1:16

25-50

50-80

80-140

1:17

20-45

50-75

70-125

1:18

20-40

45-70

60-110

1:19

18-40

40-60

55-105

1:20

15-35

40-55

45-100

CARNEIRO HIDRÁULICO

DA INSTALAÇÃO 1. A queda vertical d'água deverá ter no mínimo 1,5 metros e no máximo 8 metros; 2. Fixar o Carneiro (ou Aríete) sobre uma base firme e nivelada, distante do início da queda d'água de no mínimo 10 metros e no máximo 50 metros;

DA INSTALAÇÃ INSTALAÇÃO O 3. Obrig Obrigato atoria riamen mente, te, o cano cano de entrad entrada a deverá deverá ser de aço galvanizado, galvanizado, mantido em linha reta e sempre em declive desde declive desde o início da queda até a entrada do carneiro. 4. Jamais se deve permitir a instalação de curvas, joelhos ou a formação de abaulamentos (voltas) em qualquer sentido, para que a força da propulsão gerada pela queda d'água atinja sua maior intensidade.

DA INSTALAÇÃO 5. O TUBO do recalque  recalque   poderá ser de aço galvanizado, ou plástico e TEORICAMENTE TEORICAMENTE   poderá ter comprimento ilimitado. Porém, o atrito d'água nas paredes do cano provoca perdas na força de recalque (em média, 100 metros de cano equivalem a 1 metro de elevação vertical). Por esta razão, quanto menos curvas tiver o cano de recalque, melhor será o rendimento. 6. Recomendamos colocar a boca do TUBO de entrada no mínimo de 20 a 30 centímetros abaixo do nível normal d'água, bem como protegê-la com uma tela para evitar a penetração de impurezas. 0

BOMBAS HIDRÁULICAS

• •

BOMBAS HIDRÁULICAS são máquinas motrizes que recebem energia potencial de um motor ou de uma turbina e transformam parte dessa potência em: Energia cinética (movimento)  – bombas cinéticas Energia de pressão (força)  –  bombas de deslocamento direto  As bombas cedem estas duas formas de energia ao fluído bombeado, para fazê-lo recircular ou para transportá-lo de um ponto a outro.

TIPOS DE BOMBAS

Bombas centrífugas Bombas injetoras Bombas submersas

1. BOMBAS CINÉTICAS OU DE FLUXO

São bombas hidráulicas em que é importante o fornecimento de energia à água sob forma de energia de velocidade. Essa energia converte-se dentro da bomba em  energia de pressão, permitindo que a água atinja posições mais elevadas dentro de uma tubulação.

CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS CINÉTICAS

TIPOS DE BOMBAS CINÉTICAS: Bombas Centrífugas:

Fluxo radial Fluxo misto Fluxo axial

BOMBA CINÉTICA: BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO RADIAL

GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS ROTATIVAS CENTRÍFUGAS

 Vazão de bombeamento (Q)  Altura manométrica total (AMT) Rotação (rpm) Potência absorvida (P) Eficiência da bomba ( )

Bombas Centrífugas Para cálculo da altura manométrica total em um sistema utilizando bomba centrífuga, devem ser considerados os seguintes ítens:

Desnível de sucção, Desnível de recalque, Perda por atrito nas tubulações de sucção e recalque (tabelado),

Perda por atrito nas conexões (tabelado) e Vazão desejada.

O modelo esquemático abaixo mostra um projeto típico utilizando bomba centrífuga e os parâmetros a serem considerados para o cálculo da altura manométrica total. O número e tipo de conexões é variável, na prática, para cada situação específica.

Cálculo da Altura Manométrica Total (AMT) OU ALTURA DE ELEVAÇÃO AMT = Altura manométrica da sucção (AMS) + Altura manométrica de recalque (AMR) AMS = perdas por atrito na tubulação de sucção + soma das perdas de pressão em cada conexão na sucção + altura de sucção (h) AMR = perdas por atrito na tubulação de recalque + soma das perdas de pressão em cada conexão no recalque + altura de recalque (H)

 VAZÃO DE BOMBEAMENTO O primeiro passo para escolha de uma bomba é a estimativa da vazão que a mesma deverá fornecer. Esta informação deve ser obtida a partir de índices técnicos existentes na literatura (tabelas). Os fabricantes geralmente informam a vazão que uma bomba é capaz de fornecer na unidade m3 /h.

NECESSIDADE DE ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO

DESSEDENTAÇÃO DE ANIMAIS

INFORMAÇÕES RELEVANTES PARA SOLICITAÇÃO DE OUTORGA No uso da água para dessedentação e criação extensiva de animais só deverá ser estimada a vazão de captação, não se considerando relevante o lançamento de efluentes oriundos desta atividade.  A vazão de captação para fins de declaração de uso e solicitação de outorga será equivalente ao produto do número de animais criados na propriedade pelo consumo diário respectivo.

 ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL  A  Altura manométrica total (AMT) é a resistência total existente para elevar a água desde o ponto de captação até o ponto de utilização.  A função da bomba é transformar energia mecânica em energia hidráulica suficiente para vencer esta resistência. Uma bomba não cria pressão, ela só fornece fluxo. A pressão é justamente uma indicação da quantidade de resistência ao escoamento.

 ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL: COMPONENTES 1. Desnível geométrico de sucção; 2. Desnível geométrico de recalque; 3. Perda de energia CONTÍNUAS nas tubulações de sucção e de recalque; 4. Perda de energia LOCALIZADAS na sucção e no recalque 5. Necessidade de pressão no final da tubulação

DESNÍVEL GEOMÉTRICO DE SUCÇÃO 1  –  NÍVEL ESTÁTICO 2  –  NÍVEL DINÂMICO 1

2

DESNÍVEL GEOMÉTRICO DE SUCÇÃO

Desnível geométrico de recalque

PERDAS CONTÍNUAS E LOCALIZADAS  As perdas contínuas na canalização serão calculadas usando as equações de Hazen-Willians ou Fair-Whiple-Siao já vistas em aulas anteriores. É necessário conhecer o comprimento das canalizações de recalque e de sucção.  As perdas localizadas, serão calculadas a partir de tabelas de comprimentos fictícios de peças (métodos dos comprimentos equivalentes).

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Deseja-se captar água de um córrego para abastecer um reservatório com capacidade para 150 m3. Selecione uma bomba que atenda às necessidades especificadas:  A água armazenada será usada durante o dia e o reservatório, depois de vazio, receberá água durante a noite, das 21:00h às 7:00h do dia seguinte; Desnível de sucção: 3 m Desnível de recalque: 15 m

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Comprimento da tubulação de recalque: 250 m Comprimento da mangueira de sucção: 4,5 m  Velocidade máxima desejada para a água na tubulação: v = 1,5 m/s Peças que deverão fazer parte do sistema: válvula de pé com filtro (1); redução excêntrica (1), ampliação concêntrica (1), registro de gaveta(1) válvula de retenção (1).

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Roteiro de elaboração: 1. Determine o diâmetro que deverá ter a tubulação para atender à exigência de velocidade máxima;

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Resolução: Vazão da bomba  Volume do tanque = 150 m3 Tempo de enchimento: das 21 horas às 7 horas (período noturno) = 10 horas  Vazão a ser bombeada = 150 m3 / 10hs = 15 m3 /hora = 4,167 x 10-3 m3 /s

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Escolha do diâmetro da canalização de recalque. Critério:  V 1,5 m/s Q = V.A

2

Q 



D 

V  .

.D  4

4.Q  

.V  

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Substituindo os valores, encontramos: D = 0,0595 m O diâmetro comercial superior ao valor encontrado é 60 mm e será adotado para a canalização de recalque. Para a canalização de sucção, os fabricantes recomendam o diâmetro comercial imediatamente superior, que é 75 mm.

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO  Altura manométrica total (AMT) Perdas localizadas na sucção pelo método dos comprimentos equivalentes (3 pol): Peça Válvula de pé com filtro (pvc) Redução excêntrica (pvc)

Diâmetro (mm) 75

Comprimento equivalente (m) 26,8

75

0,85

Total

27,65

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 2. Calcule a Altura Manométrica Total (perdas na tubulação + perdas localizadas + desnível geométrico);

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Perdas localizadas no recalque pelo método dos comprimentos equivalentes (2 ½ pol): Peça Ampliação concêntrica Registro de gaveta Válvula de retenção

Diâmetro (mm) 60

Comprimento equivalente (m) 0,8

60

0,9

60

5,2

Total

6,9

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Perdas totais na canalização: Devemos somar os comprimentos reais de canalização (trechos retilíneos) ao comprimento equivalente referente às peças (comprimento fictício) para obter o comprimento virtual. O comprimento virtual será multiplicado pelo valor de  j  (perda de carga unitária) para obtermos as perdas na canalização.

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 10,646  Q   *  J   D 

H f  

4 , 87



1 , 852

 C  

J .Lvirtual 

Como os diâmetros selecionados são superiores a 50 mm de diâmetro, usaremos a equação de HazenWillians, com coeficiente C = 140.

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO J75 = 0,01327 (sucção) Lvirtual75 = 27,65m + 4,5 m = 32,15 m Hf 75 = 0,01327 x 32,15 m  Hf 75 = 0,43 mH2O J60 = 0,0393 (recalque) Lvirtual60 = 6,9m + 250 m = 256,9 m Hf 60 = 0,0393 x 256,9 m = 10,1 mH2O PERDAS TOTAIS NA CANALIZAÇÃO: 0,43 + 10,1 = 10,53 mH2O

ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL: 2 m (desnível de sucção) 7 m (desnível de recalque) 10,53 mH2O (perdas na canalização) Não há necessidade de pressão adicional = 19,53 mH2O

DADOS PARA ESCOLHER A BOMBA: Q = 15 m3/h  AMT 20 mH2O

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 3. Escolha uma bomba que atenda à exigência de vazão e altura manométrica e determine a potência necessária ao acionamento da bomba e o rendimento;

 ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Bomba selecionada: Modelo BC  92S  JC Potência = 3CV Diâmetro do rotor = 131 mm Rendimento  47% 60 Hz 3450 rpm  – 

 – 

SELEÇÃO POR TABELAS

CONSIDERAÇÕES Com a facilidade de acesso à eletricidade e ao motor elétrico, as bombas cinéticas do tipo centrífugas passaram a ser preferidas devido ás seguintes razões: maior rendimento; menor custo de instalação, operação e manutenção; pequeno espaço exigido para a sua montagem, comparativamente com as de pistão. •

•

•

2. BOMBAS HIDR ULICAS DE DESLOCAMENTO DIRETO Tem-se principalmente uma ação de propulsão que incrementa a energia de pressão, alcançando os mesmos objetivos das bombas cinéticas. Tipos: a) Movimento alternado (pistão) b) Rotativas

BOMBAS DE DESLOCAMENTO DIRETO: FUNCIONAMENTO DO ÊMBOLO OU PISTÃO As primeiras bombas utilizadas em abastecimento de água, eram do tipo de deslocamento direto, de movimento alternado a pistão, movimentadas por máquinas a vapor.

BOMBAS DE DESLOCAMENTO DIRETO: DIAFRAGMA E PISTÃO

BOMBAS DE DESLOCAMENTO DIRETO: BOMBA CENTRÍFUGA

MÉTODOS ALTERNATIVOS: CAPTAÇÃO DE  ÁGUA DE POÇO USANDO DESLOCAMENTO DIRETO POR MEIO DE BALDE E MANGUEIRA

UTILIZAÇÃO DAS BOMBAS HIDRÁULICAS

Bombas centrífugas: irrigação, drenagem e abastecimento. Bombas a injeção de gás: abastecimento a partir de poços profundos. Carneiro hidráulico e bombas a pistão: abastecimento em propriedades rurais. Bombas rotativas: combate a incêndios e abastecimento doméstico. •

•

•

•

3. BOMBAS CENTRÍFUGAS As BOMBAS CENTRÍFUGAS  tem de um propulsor rotativo (rotor)  que gira com grande velocidade dentro de uma caixa de metal, de forma espiral ou cilíndrica, denominada “corpo da bomba”.

BOMBA CENTRÍFUGA EM CORTE

3. BOMBAS CENTRÍFUGAS: TIPOS DE FLUXO O Fluxo da água no interior da bomba centrífuga pode tomar diferentes direções, o que faz com que sejam classificadas da seguinte forma:  bombas de fluxo radial; bombas de fluxo axial; bombas de fluxo helicoidal ou misto. •

•

•

3.1. BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO RADIAL

A água entra pela parte central do rotor onde é lançada pelas pás deste e pela ação da força centrífuga, para a periferia da bomba e, daí, para o tubo de elevação.

3.1. BOMBAS CENTRÍFUGAS DE FLUXO RADIAL: FUNCIONAMENTO Quando o líquido é forçado do centro para a periferia, há formação de vácuo, que é imediatamente preenchido pela água existente na canalização de sucção.

3.1. BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO RADIAL: FUNCIONAMENTO  A pressão atmosférica local  “empurra”  a água para dentro da canalização de sucção, já que em seu interior a pressão é menor, devido ao vácuo causado pela ação do rotor. Conclusão: Embora o termo  “canalização de sucção”  seja bastante empregado, é a pressão atmosférica que empurra a água para dentro da bomba.

3.2. BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO RADIAL: COMPONENTES ROTOR: Elemento rotativo das bombas centrífugas; pode ser de ferro fundido, bronze ou inox, dependendo das condições de emprego.

 As bombas de fluxo radial podem ter rotores do tipo aberto, semiaberto e fechado.

TIPOS DE ROTORES PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS

ROTOR FECHADO

O rotor fechado tem as pás compreendidas entre dois discos paralelos, podendo ter entrada de um só  lado (sucção simples) ou de ambos os lados. É mais eficiente que os outros tipos, porém é recomendado para água limpa.

ROTOR ABERTO E SEMI ABERTO

O rotor aberto tem pás livres na parte frontal e quase livres na parte posterior. No rotor semi-aberto, as pás são fixadas de um lado num mesmo disco, ficando o outro lado livre. Estes dois tipos de rotores destinamse a bombear lí quidos viscosos ou sujos (com partí culas sólidas em suspensão), pois dificilmente são obstruí dos.

DETALHE DE ROTOR ABERTO

3.3. COMPONENTES: CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA Feita geralmente em ferro fundido abriga o rotor em seu interior. As carcaças das bombas de escoamento radial podem se apresentar como CARACOL (voluta ou espiral) ou turbina (circular) e para as bombas de escoamento axial e misto, o formato é geralmente cilíndrico.

3.3. CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA

3.3. CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA As carcaças em forma de CARACOL são projetadas para que a vazão de escoamento em torno da periferia do rotor seja constante e para reduzir a velocidade da água ao entrar na canalização de recalque. Nas bombas do tipo turbina os rotores são rodeados por palhetas guia que reduzem a velocidade da água e transformam a altura cinética (velocidade) em altura piezométrica (pressão).

3.4. BOMBAS HIDRÁULICAS: OUTROS COMPONENTES

Eixo; Mancais ou rolamentos; Selo mecânico: função de vedação. Gaxetas: anéis de amianto com a função de impedir vazamentos ou entrada de ar. Deve gotejar 2 a 6 gotas por minuto;

SELO MECÂNICO

3.5. TUBULAÇÕES, ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS DISPOSITIV OS AUXILIARES

Tubulação de sucção: Une a fonte de captação (rio, represa etc.) à entrada da bomba. •

Tubulação de recalque: Une a saída da bomba ao objetivo final do bombeamento (reservatório, aspersor aspersor,, etc.). •

3.5. TUBULAÇÕES, ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES

Órgãos acessórios da sucção: Filtro ou crivo; Válvula de pé; Ampliação concêntrica; Tubo de sucção; Curva de raio longo; Redução excêntrica; Vacuômetro.

3.5.1. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES DA SUCÇÃO Crivo ou filtro: Tem por finalidade evitar a entrada de corpos estranhos na bomba (folhas, galhos etc.). Deve ter uma área útil de passagem 3 a 4 vezes maior que a área da tubulação de sucção. Necessita de limpezas periódicas. Válvula de pé: É uma peça conectada na extremidade da tubulação de sucção em instalações de bombas não afogadas. Assegura passagem de água somente no sentido poço-bomba. Com isso, mantém a tubulação de sucção sempre cheia de água. Impurezas podem mantê-las abertas. Devem ter 2 ½ vezes a seção do tubo.

 VÁLVULA DE PÉ COM FILTRO

3.5.1. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES DA SUCÇÃO Redução concêntrica. Tubo de sucção. Curva de grande raio: o raio deve ser grande para diminuir as perdas de carga. Redução excêntrica: a redução do diâmetro na entrada da bomba deve ser excêntrica para evitar acumulação de ar. Vacuômetro: indica a pressão negativa (ou vácuo parcial) na entrada da bomba. Os valores são apresentados em Kg/cm2 ou em PSI.

REDUÇÃO EXCÊNTRICA E REDUÇÃO CONCÊNTRICA

3.5.2. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES DO RECALQUE Órgãos acessórios do recalque: Manômetro; Ampliação concêntrica; Válvula de retenção; Registro de gaveta; Tubo de descarga ou saída; Curva de raio longo; Dispositivo para escorva. •

•

•

•

•

•

•

3.5.2. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES DO RECALQUE

Manômetro: indica a pressão na saída da bomba. Tem o significado da carga positiva conferida pela bomba à água, observada no ponto de medição. Ampliação concêntrica: estabelece a ligação entre a saída da bomba e a tubulação de recalque. Registro de gaveta: colocado na tubulação de recalque, logo após a válvula de retenção.

3.5.2. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES DO RECALQUE  V álvula de retenção: destinada a manter o fluxo numa só direção, é instalada na linha de recalque para evitar que numa inesperada paralisação do bombeamento, a água retorne com grande impacto (golpe de arí ete) e atue diretamente contra a bomba. São peças robustas fabricadas em ferro fundido ou aço e de dimensões avantajadas. Tubulação de recalque. Curva de raio longo.

 VÁLVULA DE RETENÇÃO