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MÁQUINAS HIDRÁULICAS. Dimensionamento de bombas para explotação de água O dimensionamento de equipamentos para explotação de água é realizado após definidos.

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MÁQUINAS HIDRÁULICAS. Definição: Máquinas Hidráulicas são máquinas que trabalham fornecendo, retirando ou modificando a energia do líquido em escoamento.

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1 MÁQUINAS HIDRÁULICAS

2 Dimensionamento de bombas para explotação de água O dimensionamento de equipamentos para explotação de água é realizado após definidos os parâmetros do poço a ser utilizado, como a sua vazão de produção ou a vazão que se pretende utilizar, o seu nível estático, e nível dinâmico para a vazão pretendida. Outro fator necessário é a execução de um pequeno projeto de instalação onde devem ser determinados os dados referentes a distância do poço ao reservatório, o desnível (altura manométrica), os diâmetros de sucção e recalque, os comprimentos dos trechos de tubulação e a definição das conexões necessárias (luvas, curvas, registros, etc.). Essas informações permitem o cálculo da altura manométrica total, que, conjuntamente com o valor da vazão de projeto, irá determinar o modelo da bomba a ser utilizada, através de consulta ao "catálogo do fabricante", que informa também, a curva de rendimento da bomba e a potência do motor exigida para o caso específico. Escolha o sistema de seu interesse (centrífufa, injetora ou submersa) e calcule a altura manométrica total do seu projeto. Com esse dado e com a vazão pretendida, é possível encontrar nos diversos fabricantes o modelo ideal para o seu caso específico. Deve ser lembrado que as bombas do tipo centrífuga apresentam limitações extremas com relação a profundidade de sucção.Consulte as tabelas de perda de carga no final da páginatabelas

3 Bombas centrífugasBombas injetorasBombas submersas

4 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.

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6 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) As perdas por atrito em tubulações e conexões são obtidas em tabelas específicas para cada diâmetro em particular. Exemplo de cálculo de uma AMT para um sistema com bomba centrífuga e definição do modelo da bomba Considere o modelo acima como um projeto de implantação de um sistema com as seguintes condições: Cálculo da Altura Manométrica Total (AMT) OU ALTURA DE ELEVAÇÃO

7 Considere o modelo acima como um projeto de implantação de um sistema com as seguintes condições: > Vazão desejada: 35 m3/h > Tubulação de sucção: 3" > Tubulação de recalque: 2 ½" > Altura de recalque (H): 7,7m > Altura de sucção (h): 2m > Comprimento da tubulação de sucção (a) = 6m > Comprimento da tubulação de recalque (A) = 30m

8 Cálculo da altura manométrica total de sucção (AMS): AMS = perdas por atrito na tubulação de sucção + soma das perdas de pressão em cada conexão na sucção + altura de sucção (h) - comprimento da tubulação de sucção(a) = 6m - perda por atrito em 6m de tubulação de 3" (ver tabela) = 5,7% x 6m = 0,34m(ver tabela) - perdas de pressão em cada conexão na sucção - perda de pressão em válvula de pé (B) de 3" (ver tabela) = 0,80m(ver tabela) - perda de pressão em curva (D) de 90° de 3" (ver tabela) = 0,15m(ver tabela) - altura de sucção (h) = 2m AMS = (0,34m) + (0,80m + 0,15m) + (2m) = 3,29m

9 Perdas de pressão por atrito em tubulação (em metros)

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14 Perdas de pressão em válvula de pé (em metros)

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17 Perdas de pressão em curvas de 90º

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20 Cálculo da altura manométrica total de recalque (AMR): AMR = perdas por atrito na tubulação de recalque + soma das perdas de pressão em cada conexão no recaluqe + altura de recalque (H) - comprimento da tubulação de recalque (A) = 30m - perda por atrito em 30m de tubulação de 2½" (ver tabela) = 16% x 30m = 4,8m(ver tabela) - perdas de pressão em cada conexão no recalque - perda de pressão em registro de gaveta 2½" (F) (ver tabela) = 0,45m(ver tabela) - perda de pressão em válvula de retenção 2½" (E) (ver tabela) = 0,75m(ver tabela) - perda de pressão em curva (D) de 90° de 2½" (ver tabela) = 0,30m(ver tabela) - altura de recalque (H) = 7,7m AMR = (4,8m) + (0,45m + (0,75m) + (0,3m) + (7,7m) = 14m

21 Perdas de pressão em registro de gaveta (em metros)

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33 1. MÁQUINAS OPERATRIZES: Introduzem no líquido em escoamento 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

34 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 dágua;

35 MÁQUINAS MOTRIZES

36 ESQUEMA DE INSTALAÇÃO HIDRELÉTRICA

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

38 CARNEIRO HIDRÁULICO

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40 EQUAÇÃO DO CARNEIRO HIDRÁULICO Q.Hs. = q.Hrou 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

41 RENDIMENTO DO CARNEIRO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO Hs/Hr QUEDAELEVAÇÃOPROPORÇÃORENDIMENTO 1m2m1:20,80 1m3m1:30,75 1m4m1:40,70 1m5m1:50,65 1m6m1:60,60 1m7m1:70,55 1m8m1:80,50

42 Tabela Carneiro Hidráulico Kenya MODELOS345 Necessidade p/ acionamento (l/h)720 a a a Cano Entrada1"1.1/4"2" Cano Recalque1/2" 3/4" Peso (Kg) ProporçãoRecalque em litros/hora 1: : : : : : :

43 1: : : : : : : : : : : MODELOS345 Necessidade p/ acionamento (l/minuto)720 a a a Cano Entrada1"1.1/4"2" Cano Recalque1/2" 3/4" Peso (Kg) ProporçãoRecalque em litros/hora

44 CARNEIRO HIDRÁULICO

45 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;

46 DA INSTALAÇÃO 3.Obrigatoriamente, o cano de entrada deverá ser de aço galvanizado, mantido em linha reta e sempre em 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.

47 DA INSTALAÇÃO 5.O cano do recalque poderá ser de aço galvanizado, ou plástico e 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 cano 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

48 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.

49 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.

50 CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS CINÉTICAS TIPOS DE BOMBAS CINÉTICAS: Bombas Centrífugas:Fluxo radial Fluxo misto Fluxo axial

51 BOMBA CINÉTICA: BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO RADIAL

52 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.

53 2. BOMBAS HIDRÁULICAS 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

54 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.

55 BOMBAS DE DESLOCAMENTO DIRETO: DIAFRAGMA E PISTÃO

56 BOMBAS DE DESLOCAMENTO DIRETO: BOMBA CENTRÍFUGA

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

58 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.

59 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.

60 BOMBA CENTRÍFUGA EM CORTE

61 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.

62 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 BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO RADIAL

63 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.

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65 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.

66 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, semi-aberto e fechado.

67 TIPOS DE ROTORES PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS

68 ROTOR FECHADO O rotor fechado tem as p á s compreendidas entre dois discos paralelos, podendo ter entrada de um s ó lado (suc ç ão simples) ou de ambos os lados. É mais eficiente que os outros tipos, porém é recomendado para água limpa.

69 ROTOR ABERTO E SEMI ABERTO O rotor aberto tem p á s livres na parte frontal e quase livres na parte posterior. No rotor semi-aberto, as p á s são fixadas de um lado num mesmo disco, ficando o outro lado livre. Estes dois tipos de rotores destinam- se a bombear l í quidos viscosos ou sujos (com part í culas s ó lidas em suspensão), pois dificilmente são obstru í dos.

70 DETALHE DE ROTOR ABERTO

71 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.

72 3.3. CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA

73 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).

74 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

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77 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, etc.) TUBULAÇÕES, ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES

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

81 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.

82 VÁLVULA DE PÉ COM FILTRO

83 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/cm 2 ou em PSI.

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85 REDUÇÃO EXCÊNTRICA E REDUÇÃO CONCÊNTRICA

86 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 ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES DO RECALQUE

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88 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.

89 ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES DO RECALQUE V á lvula de reten ç ão: destinada a manter o fluxo numa s ó dire ç ão, é instalada na linha de recalque para evitar que numa inesperada paralisa ç ão do bombeamento, a á gua retorne com grande impacto (golpe de ar í ete) e atue diretamente contra a bomba. São pe ç as robustas fabricadas em ferro fundido ou a ç o e de dimensões avantajadas. Tubula ç ão de recalque. Curva de raio longo.

90 VÁLVULA DE RETENÇÃO

91 3.6. OUTRAS CONSIDERAÇÕES Canalizações de casas de bomba: Em pvc ou ferro fundido com juntas roscáveis ou tipo flange. Para diâmetros maiores, usam-se tubos de aço, mais leves e resistentes à pressão. Em alguns casos usa-se mangueiras de borracha na sucção ou bombas submersas; OBS.: O diâmetro da canalização é geralmente maior que os diâmetros de entrada e saída da bomba. São dimensionados para provocar pequenas perdas de carga e trabalhar com velocidades baixas.


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