1

Estações Elevatórias

2

- Saneamento I

Vazão

3

- Saneamento I

Definição • Estruturas utilizadas para o recalque de

água na captação, adução, tratamento e distribuição de água.

Elevar a água para uma cota mais alta

4

- Saneamento I

Componentes

- Equipamentos eletromecânicos:

Bomba;

Motor;

Captação?

5

- Saneamento I

Bomba • A determinação da bomba está sujeita aos

seguintes aspectos técnicos:

- Vazão requerida;

- Recalque desejado;

- Disponibilidade de peças e simplicidade de reparo;

- Economia na instalação e operação.

6

- Saneamento I

Bomba

7

- Saneamento I

Bomba

8

- Saneamento I

Classificações das bombas

9

- Saneamento I

Localização das bombas quanto ao nível de água • Bomba afogada: quando o nível da água

está localizado a uma cota superior a bomba;

• Bomba não afogada: quando o nível da água está localizado a uma cota inferior a bomba.

10

- Saneamento I

Componentes - Tubulações:

Sucção: tubulação que liga o reservatório inferior à bomba;

Barrilete: Conjunto de tubulações que une a saída das bombas a tubulação de recalque.

Recalque: tubulação que liga a bomba a ETA ou a reservatórios superiores;

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- Saneamento I

Exemplo de Tubulações em Casa de Bombas

12

- Saneamento I

Componentes - Construção civil

Poço de sucção: Compartimento de onde parte a tubulação que conduz água para a bomba;

Casa de bomba: local destinado a execução do processo de recalque de água. Protege as estruturas de bombas e motores contra vandalismo e intempéries climáticas.

13

- Saneamento I

Exemplos de Poços de sucção

14

- Saneamento I

NBR 12214/92 Bombeamento Localização da estação elevatória:

• Locais protegidos contra inundações e enxurradas;

• Estabilidade contra erosão;

• Instalação das bombas junto à tomada de água;

15

- Saneamento I

NBR 12214/92 Bombeamento Recomendações:

• Quando a bomba operar afogada, deve ser instalado um registro na tubulação de sucção;

• A tubulação de sucção deve ser a mais curta possível;

• Quando necessário, deve ser previsto sistema de escorva das bombas

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- Saneamento I

Dimensionamento do Poço de sucção • A seção de entrada deve ser maior que 2,5 d e

nunca inferior a 0,50 m;

• A folga entre o fundo do poço e a parte inferior do crivo ou da seção de entrada, deve ser fixada de 1,0 d a 1,5 d, e nunca inferior a 0,20 m;

• A distância mínima entre a tubulação de sucção e qualquer parede lateral do poço deve ser de 1,0d e nunca inferior a 0,30 m;

17

- Saneamento I

Exemplos de Poços de sucção

18

- Saneamento I

Dimensionamento do Poço de sucção

19

- Saneamento I

Dimensionamento de Tubulações Tubulações de Sucção:

• Velocidade máxima: Ver tabela de diâmetros máximos

de recalque da aula de adutoras (NBR 12214)

20

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da potência de funcionamento da bomba

Pot = Potência de funcionamento (W)

Q = Vazão (m³/s);

γ = Peso específico (9800 N/m³)

Hman = Altura manométrica (m);

21

manHQPot **

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação do peso específico da água

22

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da potência absorvida pela bomba

PotB = Potência da bomba (W ou Kw);

Pot = Potência de funcionamento (W ou Kw);

nB = Rendimento da bomba (%);

23

B

BPot

Pot

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da potência absorvida pela bomba

Potm = Potência do motor (W ou Kw);

PotB = Potência da bomba (W ou Kw);

nm = Rendimento do motor (%);

24

m

Bm

PotPot

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Para não se trabalhar com sobrecarga no sistema deve-se estipular folga para os motores, deste modo, para cada potência calculada soma-se:

Conversor de unidade: 1 watt = 0,00135961931 cv

1 Kw = 1,35961931 cv

25

Motores elétricos Conversão

Até 02 cv 50%

02 a 05 cv 30%

05 a 10 cv 20%

Acima de 10 cv 10%

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Potências comerciais para motores nacionais (em cv):

1/4 – 1/3 – 1/2 – 3/4 – 1

1 ½ – 2 – 3 – 4 – 5 – 7 ½ – 10

12 ½ - 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 60 – 75 – 100 – 125

26

- Saneamento I

Exercício 1 A cidade de Assaí no estado de Paraná apresenta em sua unidade de captação vazão aproximada de 86L/s. Considerando a temperatura da água de 23ºC estabeleça a potência instalada para funcionamento do motor, após determinação da altura manométrica de 50m. Dados: rendimento da bomba=55% e rendimento do motor=85%.

27

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da altura manométrica

Hman = Altura manométrica;

Hmanr = Altura manométrica de recalque;

Hmans = Altura manométrica de sucção;

28

sr HmanHmanHman

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da altura man. de recalque

Hmanr = Altura manométrica de recalque (m);

Hgr = Altura geométrica (m);

Jr = Perda de carga unitária no recalque;

LTr = Comprimento total de tubulação por recalque;

Dr = Diâmetro de recalque (m).

29

gD

QLTJHgH

r

rrrmanr

**²

²*8*

4

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da altura geométrica

30

12 CCHg

Hg = Altura geométrica (m);

C2 = Cota final (m);

C1 = Cota inicial (m).

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação do diâmetro da tubulação

31

QXD **3,1 25,0

D = Diâmetro (m);

X = n/24 (fração de horas por dia);

Q = Vazão (m³/s).

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da velocidade

• Considerar velocidade: 0,5m/s ≤ x ≤ 4,0m/s

32

²

4

D

Q

A

QV

V = Velocidade (m/s)

Q = Vazão (L/s)

A = Área (m²)

D = Diâmetro (m)

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da altura man. de recalque

33

gD

QLTJHgH

r

rrrmanr

**²

²*8*

4

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da perda de carga unitária

Jr = Perda de carga unitária no recalque;

Fr = Fator de atrito no recalque;

Q = Vazão (m³/s);

Dr = Diâmetro de recalque (m). 34

5*²

²8

r

rr

gD

QfJ

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação do fator de atrito

Fr = Fator de atrito no recalque;

ε = Rugosidade (mm);

Dr = Diâmetro de recalque (mm);

Rer = Número de Reynolds no recalque. 35

3/16

Re

10200001*0055,0

rr

r

Df

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da Rugosidade

36

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da Rugosidade

37

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação do número de Reynolds

Rer = Número de Reynolds no recalque;

Q = Vazão (m³/s);

Dr = Diâmetro de recalque (m);

v = Viscosidade da água em certa temperatura (m²/s)x10-6.

38

vD

Q

rr

4Re

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da viscosidade da água

39

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação do comprimento total de tubulação de recalque

LTr = Comprimento total da tubulação de recalque (m);

Tr = Comprimento real da tubulação (m);

Lr = Comprimento equivalente das tubulações (m);

40

rrTr LTL

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação do comprimento equivalente

41

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da altura man. de recalque

42

gD

QLTJHgH

r

rrrmanr

**²

²*8*

4

- Saneamento I

Dimensionamento de bombas Determinação da altura man. de sucção

Hmans = Altura manométrica de sucção;

Hgs = Altura geométrica de sucção;

Js = Perda de carga unitária na sucção;

LTs = Comprimento total de tubulação por sucção;

Ds = Diâmetro de sucção (m).

43

gD

QLTJHgH

s

sssmans

**²

²*8*

4

- Saneamento I

Exercício 2 Para atender a demanda de distribuição do sistema de abastecimento da cidade de Nova Olímpia – PR (Q: 32L/s e T: 12h) foi requerido a elaboração de uma unidade para recalque da água. Verificou-se ainda que o reservatório de acumulação encontra-se a uma cota de 462m, enquanto que a bomba utilizada para recalque situa-se a 433m do nível do mar. Com o uso de adutoras em ferro fundido novo determine a altura manométrica necessária para execução do cálculo de potência.

44

- Saneamento I

Exercício 2 Dados do exercício: Hmans: 4,3m; Equipamentos utilizados no recalque: 1 válvula de retenção; 1 registro de gaveta; 2 cotovelo de 90º; Tr: 510m.

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- Saneamento I

Cavitação Definição São bolhas de vapor formadas quando a água chega a regiões de maior pressão, havendo liberação de energia que por sua vez é absorvida pelo rotor ou palhetas da bomba.

Como evitar sua formação:

NPSH disponível ≥ NPSH requerido

46

- Saneamento I

Cavitação: Dimensionamento da energia disponível para sucção

NPSHd = Energia disponível na instalação para sucção;

Hatm = Pressão atmosférica local (m H20);

Hs = Altura de sucção (m) (Obs: valor negativo em bomba afogada);

Hv = Pressão do vapor em função da temperatura (m H20);

∆Hs = Perda de carga na sucção (m);

Vs = Velocidade do fluído na sucção (m/s).

47

6,0

2

²

g

VsHSHvHsHNPSH atmd

- Saneamento I

Cavitação em conjuntos elevatórios

48

- Saneamento I

Exercício 3 Em análise ao sistema elevatório de água da cidade de Bonito-MS foi registrado a formação de cavitação. Comprove por meio da aplicação de cálculos a possibilidade de formação deste processo. Caso o mecanismo calculado evidencie a formação de cavitação aponte possíveis alternativas que seriam aplicáveis para resolução do problema. Dados: Altitude: 500m; Perda de carga: 1,7; Altura na sucção: 3,8 m (bomba não afogada); Q: 90L/s; D: 150 mm; NPSHrequerido: 2,2m.

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Estações

elevatórias

Recalcar a água para cotas superiores

- Saneamento I

Considerações

50

Sucção Recalque

51