PROVA DIDÁTICA TEMA: SISTEMAS ELEVATÓRIOS Candidato(a):Eng.MSc.Vânia Martins Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituto de Geociências e Engenharias.

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1 PROVA DIDÁTICA TEMA: SISTEMAS ELEVATÓRIOS Candidato(a):Eng.MSc.Vânia Martins Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituto de Geociências e Engenharias - IGE Marabá 2015

2 INTRODUÇÃO

3 Os condutos livres são o ideal quando se pretende transferir fluídos no espaço. Entre as inúmeras aplicações dos sistemas elevatórios, pode-se citar: Captação de água em rios; Extração de água em poços; Adução com bombeamento; Lavagem de filtros em estações de tratamento; sistema de esgoto; distribuição de água potável; reversão de capacidade de geração de hidrelétrica e etc. Entre as inúmeras aplicações dos sistemas elevatórios, pode-se citar: Captação de água em rios; Extração de água em poços; Adução com bombeamento; Lavagem de filtros em estações de tratamento; sistema de esgoto; distribuição de água potável; reversão de capacidade de geração de hidrelétrica e etc. Mas à medida que vão se esgotando os locais topograficamente propícios são necessários métodos mecânicos para a elevação e transporte de fluído. Os sistemas que operam devido à gravidade são mais econômicos, mas limitados pelo desnível geométrico e capacidade de vazão. Com isso é necessário fornecer energia ao fluído, com o uso de bombas, para se obter maiores pressões, velocidades, vazões ou atingir cotas geométricas elevadas.

4 Conceito: Ao conjunto constituído pelas canalizações e meios mecânicos denomina-se sistema elevatório. Sendo o NA2 maior em cota que o NA1, o transporte de Q de água do reservatório inferior (RI) ao superior (RS), REQUER meios mecânicos E CONCESÃO DE energia ao fluído. SISTEMAS ELEVATÓRIOS

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6 Altura Manométrica (Hm ou Hman): É a energia que a bomba deverá transmitir ao fluído para transportar a vazão “Q” do RI ao RS. Portanto, Hm deve vencer o desnível geométrico + perdas de carga.

7 SUCÇÃO É o conjunto de condutos e conexões que conduzem o fluído até a bomba. Poço de sucção: área com baixa aceleração para captação do fluído; Crivo: peça especial para impedir o acesso de material sólido; Válvula de pé: válvula instalada na extremidade da captação, com a função de impedir o retorno do fluído mantendo o conduto de sucção cheio, ou seja, escorvado; Sistema auxiliar de Escorvamento: destina-se a encher d’água o conduto de sucção para iniciar a operação da bomba; Condutos de sucção: interligam a captação com a bomba devendo ter o menor comprimento possível (economia de energia). Via de regra o diâmetro do conduto de sucção deve ser maior do que o de recalque.

8 FENÔMENOS ESPECIAIS NA SUCÇÃO Vórtice È a entrada de ar no sistema devido a pouca submergência da sucção alterando e prejudicando o rendimento do sistema. A velocidade do fluído no poço de sucção deve ser inferior a 1m/s e oferecer um recobrimento mínimo de fluído, entre a entrada da sucção e o nível do N.A. dinâmico, para evitar a entrada de ar e vorticidade. A altura de submergência, S, é dada por:

9 FENÔMENOS ESPECIAIS NA SUCÇÃO Cavitação Como qualquer outro líquido, a água também tem a propriedade de vaporizar-se em determinadas condições de temperatura e pressão. A pressão na sucção das bombas é normalmente baixa e nessas condições existe a possibilidade de ocorrer cavitação dentro da bomba. Caso a pressão do fluído na linha de sução atinja um valor menor do que a de pressão de formação de vapor, surgirão bolhas que explodirão, com alto potencial de danificação. A cavitação ocorre mediantes pressão muito baixa ou velocidade excessiva. A cavitação contínua causa desagregação da partícula do metal (“pitting”).

10 FENÔMENOS ESPECIAIS NA SUCÇÃO Cavitação A cavitação afeta o desempenho das bombas e turbinas e pode erodir partes metálicas Durante a cavitação gasta-se energia para acelerar o fluido, o que resulta em uma perda de eficiência da bomba.

11 FENÔMENOS ESPECIAIS NA SUCÇÃO NPSH (net positive suction head) A energia ou carga total na entrada da bomba é conhecida como NPSH, existindo dois valores: requerido, fornecido pelo fabricante (pois é experimental), que deve ser excedido para que não ocorra a cavitação e o disponível, que representa a energia ou carga no sistema elevatório, calculado por: Onde: NPSH disp - é a energia disponível na instalação para a secção; Hs - é altura geométrica da sucção (cota do eixo da bomba – cota do nível do fluído; é positiva quando a bomba está afogada e negativa quando a bomba está acima do nível do fluído) hatm - é a pressão atmosférica local em coluna de fluído Hv - é a pressão de vapor do fluído em coluna de fluído  Hs - é a perda de carga total na sucção

12 NPSH (net positive suction head) Considerando uma bomba qualquer, observa-se que abaixo de um certo valor de NPSH ela começa a cavitar. Os fabricantes fornecem este valor de NPSH requerido pela bomba, em função da vazão. Assim, a cavitação ocorre quando: NPSH disponível no sistema  NPSH requerido pela bomba Portanto, deve-se operar o sistema a uma altura de sucção disponível maior que a requerida pela bomba. NPSH disponível no sistema > NPSH requerido pela bomba FENÔMENOS ESPECIAIS NA SUCÇÃO

13 Curva característica da bomba Vazão desejada NPSH requerido ^ Diâmetro do rotor (mm) H (m.c.a.)

14 RECALQUE Compõe o recalque o conjunto de condutos e conexões que conduzem o fluído da bomba até o reservatório superior. Válvula de retenção: visa proteger as instalações hidráulicas do refluxo de água, quando há paralisação das bombas e manutenção da coluna da água durante a paralisação Válvula /Registro de gaveta: equipamentos instalados nas tubulações destinados a limitar, impedir ou permitir o escoamento da água nas canalizações.

15 RECALQUE Diâmetro Econômico Fórmula de Bresse (recomendada para funcionamento contínuo, ou seja, 24 horas): Dr (m ), Q (m 3 /s) K - um coeficiente econômico, que faz o balanço entre os gastos com a tubulação (investimento) e os gastos com a operação (custo operacional). O valor de K também relaciona-se com a velocidade. A Fórmula da ABNT NBR 92/66 (recomendada para funcionamento não contínuo): Onde T é o número de horas de bombeamento por dia, Dr em m e Q em m 3 /s.

16 FENÔMENOS ESPECIAIS NO RECALQUE Golpe de Aríete O golpe de aríete, é um distúrbio que consiste em fortes oscilações de pressão, disparadas por mudanças bruscas na velocidade de escoamento dentro da tubulação. As mudanças de velocidade capazes de gerar um golpe de aríete podem ser provocadas, pelo fechamento rápido de uma válvula, pela partida ou parada súbita de uma bomba etc. O golpe de aríete provoca ruídos desagradáveis, semelhantes ao de marteladas em metal, podendo romper e danificar tubulações e instalações.

17 BOMBAS Bombas são equipamentos, compostos basicamente de rotor e motor, que transferem energia para o deslocamento do fluído. Entre as classes de bombas, estão: Centrífugas; Rotativas; De êmbolo (ou de pistão); De poço profundo (tipo turbina).

18 Bombas Centrífugas São máquinas nas quais a transferência de energia da bomba para o fluido, é realizada pela ação de rotação do rotor, desenvolvendo no fluído, forças responsáveis pelo escoamento. Conforme o tipo de aplicação, as bombas centrífugas são fabricadas em diversos modelos, podendo ser classificadas segundo: Movimento do fluído: sucção simples (1 rotor) ou dupla (2 rotores); Posição do eixo: vertical, inclinado ou horizontal; Pressão: baixa (hman 15m), média (15m < hman < 50m) e alta (hman 50m) Instalação: afogada ou aspirada. BOMBAS

19 Potência A potência (p), corresponde ao trabalho realizado para elevar o fluído a uma altura manométrica (hman) desejada, é: BOMBAS

20 Associação de Bombas Várias são as razões que levam à necessidade de associar bombas: 1. Inexistência de bombas comerciais para grandes vazões; 2. Ampliações de sistemas; 3. Inexistência de bombas comerciais para grandes alturas manométricas. BOMBAS vazões são amplas utilizam-se bombas em paralelo. para grandes alturas manométricas, utiliza-se em série.

21 Bombas em Paralelo As bombas em paralelo trabalham sob a mesma altura manométrica, mas com vazões somadas. Esta associação é muito utilizada em abastecimento de água de cidades e em indústrias. BOMBAS Bombas em série Quando duas bombas operam em série a vazão é a mesma, mas as alturas manométricas são somadas:

22 Seleção das bombas Para escolha de uma bomba deve-se conhecer a vazão a ser recalcada e a altura manométrica. Em seguida consultar o gráfico de seleção de fabricantes, onde se encontram as bombas com a mesma série do tipo calculado, e então escolhe-se, preliminarmente, a bomba. BOMBAS 92.46 Galões/min = 21 m³/h Hman = 12 m Q = 21 m³/h Bomba: modelo C114, fabricante SPX

23 Seleção das bombas Uma vez escolhida a bomba no gráfico de seleções, procura-se no catálogo as respectivas curvas características que fornecem: diâmetro do rotor, rendimento, potência, NPSH e outros dados úteis. Os valores do gráfico devem ser comparados com os valores de dimensionados, para fins de seleção do modelo pré-estabelecido. BOMBAS Curva característica da bomba Vazão desejada NPSHrequerido ^ Diâmetro do rotor (mm) H (m.c.a.)

24 Curvas características Pode-se dizer que a curva característica constitui o retrato de funcionamento de uma bomba nas mais diversas situações. As curvas características são obtidas experimentalmente, isto é, determinada pelos fabricantes, em laboratório. Os catálogos dos fabricantes de bombas, via de regra, possuem gráficos com as seguinte curvas: Hman x Q; NPSHreq x Q, Pot x Q. BOMBAS

25 Ponto de Funcionamento O ponto de trabalho de uma bomba hidráulica é obtido pelo cruzamento da Curva Característica da Instalação [CCI] com a Curvas Características da Bomba [CCB], neste ponto a bomba deve ser capaz de fornecer ao fluído carga manométrica (Hman) igual a que o fluído necessita para percorrer a instalação hidráulica com uma vazão Q. Ponto de trabalho da Bomba - Q=390 m³/h, Hman = 10.9 m.c.a; Ponto de Projeto - Q = 400 m³/h, Hman = 11.5 m.c.a.

26 OBRIGADA