Aula de Bombas

(1)

MAQUINAS MOTRIZES

SELEÇÃO DE BOMBAS

CENTRÍFUGAS

GRANDEZAS GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS

(2)

(3)

1. MÁQUINAS OPERATRIZES:

1. MÁQUINAS OPERATRIZES: •

• Introduzem Introduzem no no líquido líquido em em escoamenescoamentoto

energia de uma fonte externa. energia de uma fonte externa.

Transformam energia mecânica fornecida por

uma fonte (um motor elétrico, por exemplo)

em energia hidráulica.

Formas de energia adicionadas: Formas de energia adicionadas:

pressão e velocidade pressão e velocidade

(exemplo: bombas hidráulicas) (exemplo: bombas hidráulicas)

MÁQUINAS HIDRÁULICAS:

CLASSIFICAÇÃO

(4)

MÁQUINAS HIDRÁULICAS:

CLASSIFICAÇÃO

2. MÁQUINAS MOTRIZES: 2. MÁQUINAS MOTRIZES:

Transformam a energia hidráulica

que o líquido possui em outra forma de

energia e a transferem para o

energia e a transferem para o exterior.exterior.

Exemplos: turbinas, motores

hidráulicos, rodas

(5)

(6)

(7)

MÁQUINAS HIDRÁULICAS:

CLASSIFICAÇÃO

3. MÁQUINAS MISTAS:

Máquinas que modificam o estado da energia que o líquido possui.

Exemplos: ejetores (bombas injetoras) e carneiros hidráulicos.

(8)

(9)

(10)

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);

(11)

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

(12)

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

(13)

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 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

(14)

(15)

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

(16)

DA INST

DA INSTALAÇÃALAÇÃOO

3.

3. ObObrigrigatoatoriariamenmente, o cante, o cano de ento de entradrada devea deverárá

ser de

ser de aço galvanizadoaço galvanizado, mantido em, mantido em linha retalinha reta

e

e sempre em declivesempre em declive desde o início da queda desde o início da queda

até a entrada do carneiro.

4.

4. Jamais Jamais se se deve deve permitir permitir a a instalação instalação dede

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.

(17)

DA INSTALAÇÃO

5

5.. OO TUBO do recalqueTUBO do recalque poderá ser de aço galvanizado, poderá ser de aço galvanizado,

ou plástico e

ou plástico e TEORICAMENTETEORICAMENTE poderá poderá terter

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.

6. Recomendamos Recomendamos colocar a colocar a boca do boca do TUBO de TUBO de entradaentrada

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

(18)

BOMBAS HIDRÁULICAS

BOMBAS HIDRÁULICAS sãosão máquinas motrizesmáquinas motrizes que recebem energia potencial de um motor ou

que recebem energia potencial de um motor ou

de uma turbina e transformam parte dessa

potência em:

•

• Energia cinética (movimento)Energia cinética (movimento) – – bombas cinéticas bombas cinéticas

•

• Energia de pressão (força)Energia de pressão (força) – – bombas de bombas de deslocamento direto

deslocamento direto As

As bombas bombas cedem cedem estas estas duas duas formas formas de de energiaenergia

ao fluído bombeado, para fazê-lo recircular ou

para transportá-lo de um ponto a outro.

(19)

Bombas centrífugas Bombas injetoras Bombas submersas

(20)

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.

(21)

CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS

CINÉTICAS

TIPOS DE BOMBAS CINÉTICAS:

Bombas Centrífugas: Fluxo radial Fluxo misto Fluxo axial

(22)

BOMBA CINÉTICA:

(23)

GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS ROTATIVAS CENTRÍFUGAS

Vazão de bombeamento (Q)

Altura manométrica total (AMT)

Rotação (rpm)

Potência absorvida (P)

Eficiência da bomba ( )

(24)

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.

(25)

(26)

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)

Cálculo da Altura Manométrica Total (AMT) OU ALTURA DE ELEVAÇÃO

(27)

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.

(28)

NECESSIDADE DE ÁGUA PARA

IRRIGAÇÃO

(29)

(30)

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.

(31)

(32)

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.

(33)

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

(34)

DESNÍVEL GEOMÉTRICO DE SUCÇÃO

1 2

1 – NÍVEL ESTÁTICO

(35)

DESNÍVEL GEOMÉTRICO

(36)

Desnível geométrico de recalque

(37)

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).

(38)

(39)

(40)

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

(41)

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).

(42)

Roteiro de elaboração:

1. Determine o diâmetro que deverá ter a tubulação para atender à exigência de velocidade máxima;

(43)

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

(44)

Escolha do diâmetro da canalização de recalque. Critério: V 1,5 m/s Q = V.A

ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 4 . . 2 D V Q  V Q D . . 4 

(45)

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.

(46)

Altura manométrica total (AMT)

Perdas localizadas na sucção pelo método dos comprimentos equivalentes (3 pol):

ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Peça Diâmetro (mm) Comprimento equivalente (m) Válvula de pé com filtro (pvc) 75 26,8 Redução excêntrica (pvc) 75 0,85 Total 27,65

(47)

2. Calcule a Altura Manométrica Total (perdas na tubulação + perdas localizadas + desnível geométrico);

(48)

ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Peça Diâmetro (mm) Comprimento equivalente (m) Ampliação concêntrica 60 0,8 Registro de gaveta 60 0,9 Válvula de retenção 60 5,2 Total 6,9

Perdas localizadas no recalque pelo método dos comprimentos equivalentes (2 ½ pol):

(49)

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.

(50)

Como os diâmetros

selecionados são

superiores a 50 mm de diâmetro, usaremos a equação de Hazen-Willians, com coeficiente C = 140.

ADUTORA POR RECALQUE:EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 852 , 1 87 , 4 * 646 , 10        C Q D J Lvirtual J H f _ .

(51)

J₇₅ = 0,01327 (sucção) Lvirtual₇₅ = 27,65m + 4,5 m = 32,15 m Hf ₇₅ = 0,01327 x 32,15 m ₂O 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

(52)

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

(53)

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;

(54)

(55)

(56)

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

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

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.

(64)

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

(65)

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.

(66)

BOMBAS DE DESLOCAMENTO

DIRETO: DIAFRAGMA E PISTÃO

(67)

BOMBAS DE DESLOCAMENTO

DIRETO: BOMBA CENTRÍFUGA

(68)

MÉTODOS ALTERNATIVOS: CAPTAÇÃO DE ÁGUA DE POÇO USANDO DESLOCAMENTO

DIRETO POR MEIO DE BALDE E MANGUEIRA

(69)

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

(70)

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”.

(71)

(72)

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;

(73)

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. BOMBA CENTRÍFUGA DE

FLUXO RADIAL

(74)

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.

(75)

(76)

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.

(77)

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.

(78)

TIPOS DE ROTORES PARA

BOMBAS CENTRÍFUGAS

(79)

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.

(80)

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 destinam-se a bombear lí quidos viscosos ou sujos

(com partí culas sólidas em suspensão),

(81)

(82)

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.

(83)

3.3. CARCAÇA OU CORPO DA

BOMBA

(84)

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).

(85)

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;

(86)

(87)

(88)

Tubulação de sucção:

•

•Une a fonte de captação (rio, represa etc.) àUne a fonte de captação (rio, represa etc.) à

entrada da bomba.

Tubulação de recalque:

•

•Une a saída da bomba ao objetivo final doUne a saída da bomba ao objetivo final do

bombeamento (reservatório,

bombeamento (reservatório, aspersoraspersor, , etc.).etc.). 3.5. TUBULAÇÕES, ÓRGÃOS E 3.5. TUBULAÇÕES, ÓRGÃOS E

DISPOSITIV

(89)

(90)

(91)

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.

(92)

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.

(93)

(94)

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.}

(95)

(96)

REDUÇÃO EXCÊNTRICA E

REDUÇÃO CONCÊNTRICA

(97)

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

(98)

(99)

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.

(100)

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.

(101)