aula 6 - 1ª parte - sistemas elevatórios

ELEVATÓRIOS

Tiago Panizzon

SISTEMAS DE

BOMBEAMENTO OU

Nos escoamentos por gravidade há o aproveitamento da energia

potencial de posição para o transporte da água.

Porém, em muitos casos, não há esta disponibilidade de cotas

topográficas, sendo necessário transferir energia para o líquido

através de um sistema eletromecânico.

SISTEMAS ELEVATÓRIOS

APLICAÇÕES DOS SISTEMAS

ELEVATÓRIOS

Abastecimento e tratamento da água

Captação da água de lagos, rios e barragens


ELEVATÓRIOS


Extração de água de poços Adução por bombeamento


ELEVATÓRIOS


Dosagem de produtos químicos


ELEVATÓRIOS


Lavagem de filtros em ETA


ELEVATÓRIOS


Aumento de pressão ou de vazão através de bombas de reforço

(Sistema de transferência d’água em instalações prediais e

residenciais)


ELEVATÓRIOS

Transposição de bacias


ELEVATÓRIOS

Sistema de irrigação e drenagem


ELEVATÓRIOS

Esgotamento sanitário

São projetados para funcionar por gravidade, com condutos

operando com seção parcialmente tomada pelo líquido.

Nas áreas de topografia muito plana, encontra-se um sério

problema em função da necessidade do rebaixamento excessivo

d a s c a n a l i z a ç õ e s, o que acarreta grande elevação dos custos e

implantação.

Nestes casos, torna-se necessário o bombeamento.


ELEVATÓRIOS


Bombeamento do esgoto para a recuperação de cota em redes

de coleta


ELEVATÓRIOS


Bombeamento do esgoto para o nível do coletor público


ELEVATÓRIOS


Bombeamento do esgoto bruto em ETE


ELEVATÓRIOS


Bombeamento do esgoto tratado


ELEVATÓRIOS

Afastamento das águas pluviais

Deflúvio super ficial lento e dificultado ou em regiões muito

baixas – para evitar inundações


ELEVATÓRIOS

Um sistema elevatório é constituído por uma ou mais

tubulações, pelas conexões e dispositivos auxiliares e por

uma ou mais bombas, acopladas em série ou em paralelo.

Os sistemas elevatórios podem ser de sucção (aspiração)

ou de recalque (elevação ou compressão).

A sucção e o recalque trabalham em regime permanente

uniforme, i.e., com vazão e velocidade média constantes.

Assim, para os cálculos, utilizam-se as equações de

Bernoulli e da continuidade.


Os sistemas elevatórios são compostos por:

Tubulação de sucção – constituída pela canalização que liga o

reservatório inferior à bomba, incluindo peças especiais e

acessórios

Conjunto elevatório – que é constituído

motores elétricos

por uma ou mais

ou a combustãobombas e

interna

respectivos

Tubulação de recalque – constituída pela canalização que liga

a bomba ao reservatório superior, incluindo peças especiais e

acessórios


SUCÇÃO E RECALQUE

Na casa de bombas ou salão das máquinas são instalados os

os equipamentosconjuntos elevatórios e, na maioria dos casos,

elétricos como cabines de comando, chaves de par tida e proteção

dos motores, e os instrumentos para leitura de medições elétricas ou

hidráulicas.

Suas dimensões dependem das grandezas hidráulicas envolvidas

(volume a ser bombeado, altura de elevação, etc.). Devem ser

projetados de modo que se tenha relativa folga, permitindo a livre

circulação dos operadores e a fácil realização de manutenção.

CASA DE BOMBAS/SALÃO DE MÁQUINAS

Acessórios especiais

Válvula de pé - É uma válvula de retenção que se instala na

extremidade inferior da tubulação de sucção, quando a bomba está

localizada acima do nível de água do poço, com o objetivo de

impedir o retorno do líquido quando a bomba para de funcionar . Ela

assegura a passagem de água somente em direção à bomba e

permite que as tubulações de sucção mantenham-se sempre cheias

(escorvadas), mesmo quando a bomba for paralisada.

Caso contrário, a depressão criada

na entrada da bomba pode não ser

suficiente para recalcar o líquido e a

bomba trabalha vazia, sem fazer o

recalque.

ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA

TÍPICA


C r i v o - as válvulas de pé vêm, geralmente, acompanhadas de um

crivo destinado a reter corpos estranhos. O crivo tem a

finalidade de impedir a entrada de partículas sólidas no interior

da bomba.

Partículas de areia ou outros materiais em suspensão na água,

que se alojam no dispositivo de vedação como, ainda, o

desgaste, corrosão ou incrustações, podem prejudicar o

fechamento per feito da válvula.


TÍPICA


V á l v u l a de r e t e n ç ã o– tem como objetivo evitar o retorno do líquido,

na linha de recalque ; elas permitem a passagem da água numa só

direção. São instaladas na t u b u l a ç ã o de r e c a l q u e para que, numa

inesperada paralisação do bombeamento, o golpe causado pelo

retorno da água não cause danos ao conjunto, forçando a bomba a

girar em sentido contrário, como uma turbina, arrastando consigo o

motor de acionamento.

São fabricadas em ferro fundido


TÍPICA

ou aço. Podem

com um bypass

para

vir equipadas

de pequeno

diâmetro, permitir o

daenchimento da bomba e

tubulação de sucção por ocasião

da escorva.


Válvula/registro gaveta –

para c o n t r o l e de v a z ã o,

elevatórias. Os tipos mais

são válvulas de abertura/fechamento,

utilizadas normalmente em estações

comuns têm carcaça de ferro fundido,

sendo, as partes internas, como a haste e os anéis de vedação, de

liga de cobre (latão ou bronze).

Nas instalações normais de

bomba centrífuga, essa válvula é

colocada na tubulação de saída

ou de recalque, imediatamente


TÍPICA

após a válvula de

Emprega-se, também,

retenção.

este tipo

de válvula na tubulação de

entrada (sucção) das

afogadas.

bombas


Redução excêntrica – é a peça que se adapta à tubulação de

sucção, geralmente de maior diâmetro, à entrada da bomba, de

menor diâmetro. A excentricidade

finalidade de evitar o acúmulo de

entrada da bomba.

exigida nesta

bolhas de ar

peça tem a

na seção de


TÍPICA

Redução excêntrica

M o t o r de a c i o n a m e n t o – tem a finalidade de fornecer energia

mecânica às bombas. A fonte de energia dos motores,

normalmente é elétrica, podendo-se utilizar também motores

de combustão. A união entre a bomba e o motor é realizada

por luva elástica ou por meio de eixo rígido, do tipo

monobloco.


TÍPICA


M anômet ros e vacuômet ros - são conectados, respectivamente,

junto à saída e à entrada da bomba, através de uma tubulação

de diâmetro reduzido.


TÍPICA

Quando em

indicação

refere-se

escoamento, a

do manômetro

alturaà

manométrica desenvolvida

pela bomba, na vazão que

estiver sendo recalcada.


TÍPICA

1. Tubulação de

sucção

2. Tubulação de

recalque

3. Bomba

4. Motor de

acionamento

5. Válvula de pé

com crivo

6. Válvula de

retenção

7. Registro gaveta

8. Redução

excêntrica


TÍPICA

As bombas

máquinas

são máquinas operatrizes hidráulicas, ou seja,

que recebem energia mecânica de motores,

transformando-a em energia hidráulica sob forma cinética e/ou

de pressão, a fim de possibilitar o transporte e/ou elevação dos

fluidos de um ponto a outro.

BOMBAS

O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia

hidráulica e o recurso para cedê-la ao líquido, aumentando sua

pressão e/ou sua velocidade, permitem classificar as bombas em:

e

também conhecidas como de

TIPOS DE BOMBAS

BOMBAS

CinéticasDeslocamento

positivo

Centrífugas Regenerativas Especiais

Radiais

Mistas

Axiais

Rotativas Alternativas

Engrenagens

Palhetas

Pistões

Parafusos

Lóbulos

Êmbolos

Diafragma

Pistões

Nas Bombas Volumétricas/Deslocamento Positivo , a movimentação

do fluido é causada diretamente pela ação do órgão de impulsão da

bomba que obriga o fluido a executar o mesmo movimento a que

está sujeito este impulsor (êmbolo, engrenagens, lóbulos, palhetas).

Esta ação de propulsão que faz incrementar a energia de pressão.

Dá-se o nome de volumétrica porque o fluido, de forma sucessiva,

ocupa e desocupa espaços no interior da bomba, com volumes

conhecidos.

BOMBAS VOLUMÉTRICAS

As Bombas Volumétricas dividem-se em:

a) Alternativas (pistão, diafragma ou membrana);

BOMBAS VOLUMÉTRICAS ALTERNATIVAS

b) Rotativas (engrenagens, lóbulos, palhetas, helicoidais, fusos,

parafusos, peristálticas).

BOMBAS VOLUMÉTRICAS ROTATIVAS

BOMBA CENTRÍFUGA

A) Corpo (carcaça), que envolve o rotor, acondiciona o fluido, e

direciona o mesmo para a tubulação de recalque.

COMPONENTES DE UMA BOMBA

CENTRÍFUGA

Descarga

Carcaça

Alimentação

B) Rotor (impelidor), órgão móvel que fornece energia ao fluido.

Constitui -se de um disco provido de pás (palhetas) que impulsiona,

movimenta o fluido. É responsável pela formação de uma depressão


CENTRÍFUGA

Rotor

Alimentação

Descarga

no seu centro para aspirar o fluido e de uma sobrepressão na

periferia para recalcá-lo.

C) Eixo de acionamento, que transmite a força motriz ao qual

está acoplado o rotor, causando o movimento rotativo do mesmo.


CENTRÍFUGA

Descarga

Eixo

Alimentação

D) Difusor ou voluta: canal de seção crescente

à tubulação

que recebe o

fluido vindo do rotor e o encaminha de recalque.

Possui seção crescente

de transformar

no sentido

a energia

do escoamento com a

definalidade

pressão.

cinética em energia


CENTRÍFUGA

Difusor

Finalidade - converter a energia de uma fonte motriz principal

(um motor elétrico ou turbina), primeiramente em energia

cinética (aumento da velocidadedo

energia de pressão (aumento da

fluido), e, depois, em

pressão do fluido em

escoamento).

As transformações de energia acontecem em virtude de duas

partes principais da bomba: o impulsor/rotor e a

voluta/difusor.

O rotor ou impulsor é a parte giratória

energia do motor em energia cinética.

A voluta ou difusor, é a parte estacionária

energia cinética em energia de pressão.

que converte a

que converte a

BOMBAS CENTRÍFUGAS

O líquido entra no bocal de sucção e, logo em seguida, no centro

do impulsor. Quando o impulsor gira, ele imprime uma rotação ao

líquido, proporcionando-lhe uma aceleração centrífuga, jogando o

fluido para a periferia do difusor.

Cria-se uma região de baixa pressão na entrada do impulsor,

fazendo com que o fluido seja succionado, estabelecendo-se um

fluxo contínuo.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Como as lâminas do

impulsor são curvas, o

fluido é impulsionado

nas direções radial e

tangencial pela força

centrífuga.

A energia criada pela força centrífuga é energia cinética.

A quantidade de energia fornecida ao líquido é proporcional à

velocidade na extremidade, ou periferia, da hélice do impulsor.

Quanto mais rápido o impulsor move-se, ou quanto maior é o

impulsor, maior será a velocidade do líquido na hélice, e tanto

maior será a energia fornecida ao líquido.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Esta energia cinética do líquido, ganha no impulsor, tende a

diminuir pelas resistências que se opõem ao fluxo.

Uma das resistências é criada pela carcaça da bomba, que reduz

a velocidade do líquido.

Outro dispositivo que reduz a energia

BOMBAS CENTRÍFUGAS

cinética

aumento

com que

é a voluta/difusor, pois há um

progressivo de área, fazendo

aumentohaja um consequente

na pressão

alta pressão

transporte do

(Teorema de Bernoulli) . Esta

pelo

das

gerada

fluido e

é responsável

pelo atendimento

condições desejadas de processo.

CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS

CENTRÍFUGAS

Existem diferentes classificações para as bombas centrífugas. A

seguir estão algumas destas classificações:

Quanto à altura manométrica

Quanto à vazão de recalque

Quanto à direção do escoamento do líquido no interior da bomba

Quanto à estrutura do rotor

Quanto ao número de rotores

Quanto ao número de entradas

Quanto à admissão do líquido na entrada da bomba

Quanto à posição de saída

Etc...

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Quanto à altura manométrica:

a) De baixa pressão: Hman ≈ 15 mca

b) De média pressão: 15 < Hman < 50 mca

c) De alta pressão: Hman > 50 mca

Quanto à vazão de recalque:

a) De pequena vazão: Q ≈ 50 m³/hora

b) De média vazão: 50 < Q < 500 m³/hora

c) De alta vazão: Q > 500 m³/hora

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Em função da direção do movimento do fluido dentro do

rotor, estas bombas dividem-se em:

a) Centrífugas Radiais (puras)

b) Centrífugas de Fluxo Axial (helicoidais)

c) Centrífugas de Fluxo Misto (hélico-centrífugas)

BOMBAS CENTRÍFUGAS

a) Centrífugas Radiais (puras)

A movimentação do fluido se dá do centro para a periferia

do rotor, no sentido perpendicular ao eixo de rotação. Este

tipo de bomba hidráulica é o mais usado no mundo,

principalmente para o transporte de água. São

paraempregadas para pequenas e médias descargas e

qualquer altura manométrica.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

As bombas centrífugas de fluxo radial destinam-se ao recalque

de líquidos, em geral, a posições mais elevadas. São os tipos de

uso comum em captações com grande recalque, em elevatórias

situadas junto às estações de tratamento ou a reservatórios/

torres e, ainda, em estações de reforço de pressão (boosters).

BOMBAS CENTRÍFUGAS

b) Centrífugas de Fluxo Axial (helicoidais)

O fluido entra no rotor na direção axial e sai também na direção

axial. Assim, o movimento do fluido ocorre paralelo ao eixo de

rotação. São especificadas para grandes vazões (dezenas de

m³/s) e médias alturas (até 40 m).

BOMBAS CENTRÍFUGAS

As bombas centrífugas de fluxo axial são reservadas ao

bombeamento de grandes vazões e reduzidas alturas

manométricas. É utilizada, frequentemente, em c a p t a ç õ e s de

á g u a de m a n a n c i a i s de s u p e r f í c i e com pequena altura de

elevação.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

c) Centrífugas de Fluxo Misto (hélico-centrífugas)

O movimento do fluido ocorre na direção inclinada

grandes(diagonal) ao eixo de rotação. Utilizadas para

vazões e pequenas e médias alturas

Fabricação bastante complexa.

manométricas.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

As bombas de fluxo misto combinam princípios das bombas

radiais e axiais. O caminhamento da água é helicoidal. Na

prática norte-americana são conhecidas como bombas-turbina,

devido à semelhança do rotor a certo tipo de turbina hidráulica.

As bombas de eixo prolongado para e x t r a ç ã o de á g u a de p o ç o s

p r o f u n d o s são geralmente do tipo de fluxo misto e quase

sempre de vários estágios.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Quanto à estrutura do rotor (bombas fluxo radial) :

a) Rotor aberto - para bombear águas residuárias ou brutas de

má qualidade

b) Rotor semiaberto – para recalques de água bruta

sedimentada

c) Rotor fechado – para água tratada ou potável

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Quanto ao número de rotores

a) Rotores de estágio único: um único rotor dentro da carcaça.Teoricamente é possível projetar uma bomba com um únicoestágio para qualquer situação de altura manométrica e devazão. As dimensões excessivas e o baixo rendimento fazem comque os fabricantes limitem a altura manométrica para 100 mca.

b) Rotores de múltiplos estágios : a bomba possui dois ou maisrotores em série dentro da carcaça. Essa associação permite aelevação do líquido a grandes alturas (> 100 mca), sendo o rotorradial o indicado para esta associação. São utilizadas, por ex.,na alimentação de caldeiras e na captação em poços profundos

de águas e de petróleo, podendo

a 200 kgf/cm², de

trabalhar com pressõessuperiores acordo com a quantidade deestágios da bomba.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

BOMBAS DE MONO E MÚLTIPLOS

ESTÁGIOS

a)

b)

Quanto ao número de entradas:

a) De sucção simples ou de entrada unilateral: a entrada do

líquido se faz através de uma única boca de sucção.

b) De dupla sucção: a entrada do líquido se faz por duas bocasde sucção, paralelamente ao eixo de rotação. Esta

emconfiguração equivale a dois rotores simples montados

paralelo. O rotor de dupla sucção apresenta a vantagem de

proporcionar o equilíbrio dos empuxos axiais, o que acarreta

uma melhoria no rendimento da bomba, eliminando a

necessidade de rolamento de grandes dimensões para

suporte axial sobre o eixo. Indicadas para grandes vazões.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

BOMBAS DE ENTRADA SIMPLES E DUPLA

a)

b)

Quanto à admissão do líquido na entrada da bomba:

a) Sucção axial (maioria das bombas de baixa e média

capacidades)

b) Sucção lateral (bombas de média e alta capacidades)

c) Sucção de topo (situações especiais)

d) Sucção inferior (bombas especiais)

Quanto à posição de saída:

a) Saída de topo (pequenas e médias vazões)

b) Saída lateral (grandes vazões)

c) Saída inclinada (situações especiais)

d) Saída vertical (situações especiais)

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Quanto à velocidade de rotação (N):

a) De baixa rotação – N < 500 rpm

b) De média rotação – 500 < N < 1.800 rpm

c) De alta rotação – N > 1.800 rpm

As velocidades de rotação tendem a ser menores com o aumento

das vazões, em função do peso do líquido a ser deslocado na

unidade de tempo. Pequenos equipamentos, trabalhando com

água limpa, têm velocidades da ordem de 3.200 rpm. Para

recalques de esgotos domésticos, por ex., em virtude dos sólidos

presentes, os limites superiores podem ser significativamente

menores, geralmente inferiores a 1.200 rpm.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Quanto à posição na captação:

a) Submersas – util izadas quando há limitação do espaço físico (poços

profundos, por ex.)

b) Afogadas ou autoescorvadas – usadas para recalcar vazões superiores

a 100 L/s

c) De altura ou sucção positiva – empregadas em pequenas vazões de

recalque

BOMBAS CENTRÍFUGAS

a) b) c)

Quanto à posição do eixo:

Eixo horizontal – comum em captações super ficiais

Eixo vertical – ex. bombas submersas

BOMBAS CENTRÍFUGAS

a)

b)

aula 6 - 1ª parte - sistemas elevatórios

Documents