Apostila_Basica_de_Aula_-_Maquinas_e_Equipamentos

Máquinas e Equipamentos

Márcio José Moura dos Santos

Curso Técnico em Saneamento

Belém – PA / 2011

PROJETO INSTRUCIONAL

DISCIPLINA: MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS

Ementa: Unidades de Gradeamento; Caixas de areia; Agitadores e Floculadores; Jar Test; Válvulas de retenção e registros de gaveta; Bombas hidráulicas e bombas centrífugas.

SUMÁRIO

1 - UNIDADES DE GRADEAMENTO 4 1.1 - O QUE É UNIDADE DE GRADEAMENTO? 4 1.2 - FINALIDADE DAS UNIDADES DE GRADEAMENTO 4 1.3 - TIPOS DE GRADES 4 1.4 - MANUTENÇÃO 7 2 – CAIXAS DE AREIA 8 2.1 - ASPECTOS GERAIS 8 2.2 - FUNCIONAMENTO DA CAIXA DE AREIA 9 2.3 DISPOSITIVOS DE REMOÇÃO DE AREIA 9 3 – AGITADORES E FLOCULADORES 11 3.1- O QUE SÃO AGITADORES? 11 3.1.1 - Classificação quanto à energia 11 3.1.1.1 - Agitadores Hidráulicos: 11 3.1.1.2 - Agitadores Mecânicos 13 3.1.1.3 - Tipos de Agitadores Mecânicos 13 3.2 - O QUE SÃO FLOCULADORES? 13 3.2.1 - Classific ação quanto a energia 14 3.2.1.1 - Floculadores Hidráulicos: 14 3.2.1.2 - Floculadores Mecânicos 14 3.2.1.3 - Tipos de Floculadores 15 4 - JAR TEST 16 4.1 - O APARELHO 16 4.2 - APLICAÇÃO 17 4.3 - O ENSAIO 17 4.3.1 Etapas do teste de coagulação que devem ser o bservados 18 4.3.2 Material necessário: 18 4.3.3 ensaio 01 19 4.3.4 ensaio 02 19 5 - VÁLVULAS DE RETENÇÃO E REGISTROS DE GAVETA 21 5.1 VÁLVULAS DE RETENÇÃO 21 5.1.1 Uso e Funcionam ento 22 5.1.2 Tipos 22 5.2 - REGISTROS DE GAVETA 23 5.2.1 Tipos de registros de gaveta 24 5.2.2 Instalação e Montagem 24 5.2.4 Materiais Usados em Registros de Gaveta 25

6 – BOMBAS HIDRÁULICAS E BOMBAS CENTRÍFUGAS 27 6.1 – CONJUNTOS ELEVATÓRIOS 28 6.1.1 – Componentes 28 6.2 - BOMBAS HIDRÁULICAS 30 6.2.1 - Classificação 30 6.3 - BOMBAS CENTRIFUGAS 31 6.3.1 - Descrição 31 6.3.2 - Classificação 34 6.4 – PRÉ-DIMENSIONAMENTO 34

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Aula 1 – Unidades de Gradeamento

Objetivos da aula:

Ao final desta aula o aluno terá condições de:

� Compreender a função de uma unidade de gradeamento;

� Conhecer os tipos de grades usadas e o seu processo de limpeza;

� Reconhecer os tipos de grades usadas em estações de tratamento de água e esgoto.

1.1 - O que é unidade de gradeamento?

• São dispositivos de retenção de materiais grosseiros, feitos geralmente em barras de ferro ou aço dispostas paralelamente, verticais ou inclinadas.

• Neste dispositivos o fluxo dos esgotos acontece através do espaçamento entre as barras.

1.2 - Finalidade das unidades de gradeamento • Destinada à remoção de sólidos grosseiros através das grades de barras de

ferro ou aço.

1.3 - Tipos de Grades

• O espaçamento entre barras é fixado em função das dimensões dos sólidos grosseiros que se pretende remover;

• Conforme o espaçamento, as grades podem ser classificadas em grosseiras, médias e finas.

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Tabela 01 – tipos de grades e espaçamento entre barras. Fonte: Jordão (1995)

Tabela 02 – Seção transversal das barras Fonte: Jordão (1995)

Seção Transversal da Bar ra Tipo de Grade Em polegadas Em centímetros

Grades grosseiras 3/8 x 2 0,95 x 5,00 3/8 x 2 1/2 0,95 x 6,35 1/2 x 1 1/2 1,27 x 3,81 1/2 x 2 1,27 x 5,00 Grades médias 5/26 x 2 0,79 x 5,00 3/8 x 1 1/2 0,95 x 3,81 3/8 x 2 0,95 x 5,00 Grades finas 1/4 x 1 1/2 0,64 x 3,81 5/16 x 1 1/2 0,79 x 3,81 3/8 x 1 1/2 0,95 x 3,81

Tipo de Grade Espaçamento entre barras Em polegadas Em centímetros

Grades grosseiras Acima de 1 1/2 4,0 a 10,0 Grades médias 3/4 a 1 1/2 2,0 a 4,0 Grades finas 3/8 a 3/4 1,0 a 2,0

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Figura 01 – Unidade de gradeamento

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1.4 - Manutenção

• O material retido na grade deve ser removido, evitando represamento dos esgotos no canal a montante, e conseqüentemente, elevação do nível e aumento excessivo da velocidade do líquido entre as barras, provocando o arraste do material que se pretende remover;

• A remoção pode ser realizada através de rastelo mecanizada pode ser automaticamente controlada por temporizador (timer), ou através de flutuadores adequadamente instalados para comandar o mecanismo de limpeza, sempre que o diferencial de níveis, entre montante e jusante, exceder o valor máximo recomendada para operação de limpeza.

Figura 02 - Unidade de gradeamento operando sem obs trução Fonte:http://files.csgquiagua.webnode.pt/200000199-d5df7d7072/B6%5D.jpg

EXERCÍCIO AVALIATIVO

1 – Qual a função de uma unidade de gradeamento?

2 – Como ocorre a limpeza deste mecanismo?

3 – Pesquise uma figura de uma unidade de gradeamento funcionando.

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Aula 2 – Caixas de Areia

Objetivos da aula:


� Compreender a função da caixa de areia no processo de tratamento de esgoto;

� Conhecer os principais aspectos operacionais da caixa de areia;

� Conhecer o processo de limpeza e manutenção da caixa de areia.

2.1 Aspectos Gerais

Pode-se considerar que a areia contida nos esgotos é: silte, argilas,

escórias, cascalhos, areia, etc.A remoção de areia dos esgotos tem por

finalidade evitar a abrasão nos equipamentos e nas tubulações, eliminar ou

reduzir a possibilidade de obstrução nas unidades dos sistemas, tais como:

tubulações, tanques, orifícios, sifões, etc e, facilitar o transporte líquido do

sistema, principalmente a transferência de lodos, em suas diversas fases

(Jordão e Pessoa, 1995).

Figura 07: caixa de areia

Fonte: http://www.copasa.com.br/media/LigEsgoto_05.jpg

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2.2 Funcionamento da caixa de areia

Na prática, o material retido são partículas cujo diâmetro variam de

0,1 mm a 0,4 mm. Para dimensionamento, adota-se a remoção de partículas

com diâmetro mínimo de 0,2 mm.

A velocidade deve ser condicionada a 0,30 m/s. Velocidades

superiores poderão resultar em arraste de partículas e velocidades inferiores

pode resultar na deposição de matéria orgânica, provocando odores

desagradáveis devido à decomposição do lodo.

As caixas de areia são constituídas de câmaras intercaladas no

fluxograma de um sistema de tratamento, após o gradeamento.

2.3 Dispositivos de Remoção de Areia

A remoção de areia pode ser realizada manual ou mecanicamente.

Na manual exige a paralisação da unidade. Para tanto, os projetistas utilizam

sistemas extras ou desvios por meio de tubulações (by-pass).

A remoção mecânica, é realizada por dispositivos transportadores de

areia, que removem continuamente a areia acumulada em depósitos,

especificamente projetados. Os dispositivos mais comuns são: esteiras,

caçambas, raspadores, “air lift”, de parafusos sem fim, ou bombas especiais.

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Figura 07 – Caixa de areia em planta e corte.

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/es10_11.gif

EXERCÍCIOS AVALIATIVOS

1 – Faça uma pesquisa na bibliografia técnica e escreva o pré-

dimensionamento de uma caixa de areia.

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3 – Agitadores e Floculadores

Objetivos da aula:


� Compreender a função e o funcionamento dos agitadores e floculadores;

� Conhecer os tipos de agitadores e floculadores;

3.1- O que são agitadores?

• São dispositivos utilizados em unidades de tratamento de água, como o objetivo de promover a mistura rápida de compostos químicos utilizados na coagulação e alcalinização da massa líquida.

• Os agitadores, quando mecânicos, utilizam energia para girar paletas em altas rotações, gerando um gradiente de velocidade alto, promovendo um ambiente turbulento.

3.1.1 Classificação quanto a energia

3.1.1.1 Agitadores Hidráulicos: mecanismo com uso de energia hidráulica para a dispersão de coagulantes na água. Ex: Calha Parshall.

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Figura 03 – Misturador hidráulico – Calha Parshall

Fonte:http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTG8ZoBPwpdnHuV84sejWp2U4Ht-K_f4RpAdRvTlRK_bV9JW1Wo&t=1

CALHA PARSHALL: É um dispositivo utilizado em ETA’s com a dupla finalidade de medir a vazão afluente e realizar a mistura rápida. Trabalha normalmente com descarga livre, passando a corrente líquida de uma condição supercrítica para uma subcrítica, causando ressalto.

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3.1.1.2. Agitadores Mecânicos: agitadores tipo turbina, que consiste em um aparelho mecânico que produz movimento em um líquido através da rotação de seus impulsores.

Figura 04 – Misturador mecânico tipo turbina

3.1.1.3 Tipos de Agitadores Mecânicos

• Fluxo Axial: movem o líquido paralelamente ao eixo do motor

• Fluxo Radial: movem o líquido perpendicularmente ao eixo do motor

(1) (2)

Figura 05 – Fluxo axial (1) e fluxo radial (2)

Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/es10_11.gif

3.2 O que são floculadores?

• São dispositivos utilizados em unidades de tratamento de água, como o objetivo de promover a formação de flocos para posterior sedimentação.

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• Essas máquinas utilizam a energia para girar suas paletas em baixas rotações, gerando um gradiente de velocidade baixo, promovendo um ambiente mais estacionário para melhor formação de flocos.

3.2.1 Classificação quanto à energia

3.2.1.1 Floculadores Hidráulicos: tanques com chicanas que usam energia hidráulica em seu escoamento para a formação de flocos na água. Ex: Tipos chicana.

Figura 03 – Floculador hidráulico – Tipo Chicana

Fonte:http://3.bp.blogspot.com/_ZfT6vZmKNhM/SOoeV_PDWPI/AAAAAAAAADY/6HEvxyxZPto/s400/19Jun_0011.bmp

CHICANA: É um dispositivo em forma de canal, normalmente feito em concreto, com o objetivo de reduzir a energia do líquido para a formação dos flocos.

3.2.1.2. Floculadores Mecânicos: floculadores tipo turbina, que consiste em um aparelho mecânico que produz movimento em um líquido através da rotação de seus impulsores.

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Figura 06 – Floculador de fluxo axial

3.2.1.3 Tipos de Floculadores Assim como os misturadores rápidos, os floculadores podem ser:

• Fluxo Axial: movem o líquido paralelamente ao eixo do motor

• Fluxo Radial: movem o líquido perpendicularmente ao eixo do motor


1 – Qual a função dos agitadores?

2 – Qual a função dos floculadores?

3 – Como classificam-se os agitadores e floculadores, de acordo a energia usada em seus processos?

4 - O que são fluxos radial e axial?

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Aula 4 – Jar test

Objetivos da aula:


� Conhecer o aparelho e sua função;

� Conhecer o ensaio e seus procedimentos;

4.1 - O Aparelho

O Jar Test é um aparelho agitador, usado em ensaios de floculação que

estabelece e avalia as condições de tratabilidade de águas e efluentes,

sendo ferramenta básica para otimização da rotina de operadores e técnicos

de laboratórios.

Figura 08: Aparelho Jar test

Fonte: Funasa (2002)

4.2 - Aplicação

É um aparelho usado num teste denominado teste de jarros, um

método ainda bastante empregado em nossas Estações de Tratamento de

Água, para a determinação das dosagens ótimas dos coagulantes químicos

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Entretanto este tipo de ensaio vem sendo empregado também para a

determinação de parâmetro básico na elaboração do projeto de uma

Estação de Tratamento de Água. Por este ensaio determina-se a condição

ótima para floculação de uma água caracterizada pelo tempo e agitação

necessária, para tanto, uma vez determinada a dosagem ótima dos

coagulantes, deve-se verificar qual o tempo, e qual o gradiente de

velocidade ótimo para se flocular a água em estudo.

Além disso, deve-se verificar se a floculação obtida fornece uma água

que após a sedimentação apresentará uma grande redução de turbidez.

4.3 - O Ensaio

O ensaio de coagulação não é uma operação muito simples, pois

devem ser consideradas algumas variáveis do processo, como a cor e

turbidez da água bruta; se a alcalinidade natural da água é suficiente, se o

pH está dentro da faixa ótima de floculação, o tipo de coagulante

empregado, etc. Neste exemplo prático, vamos apenas considerar os

parâmetros: cor, turbidez, pH e alcalinidade total, já que o objetivo principal

do teste é a remoção da cor e turbidez da água, aplicando-se uma menor

quantidade de coagulante.

O produto químico utilizado é o sulfato de alumínio, sendo o mais

comum.

4.3.1 Etapas do teste de coagulação que devem ser o bservados

a) fazer análise da amostra bruta – cor, pH, turbidez e

alcalinidade total, temperatura;

b) descobrir o pH ótimo de floculação;

c) verificar a menor dosagem do coagulante no pH ótimo;

d) observar a velocidade de sedimentação dos flocos;

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e) analisar o sobrenadante, verificando, principalmente, a remoção de cor e

turbidez.

4.3.2 Material necessário:

a) aparelho de Jar-test conforme o da figura;

b) 18ecker forma baixa de 1000 ml;

c) solução de sulfato de alumínio a 1%;

d) solução de cal a 0,5%;

e) Pipetas graduadas de 5 e 10 ml.

4.3.3 ensaio 01

OBS: Considerando que a água bruta tenha alcalinidade natural suficiente e

tenha, também, um pH ótimo de floculação).

a) colocar 6 beckers de 1 litro na plataforma do aparelho de Jar-Test;

b) enchê-los com água bruta até a marca de 1000 ml;

c) ligar o aparelho na velocidade máxima 100 r.p.m;

d) adicionar simultaneamente nos beckers a quantidade de coagulante

(sulfato de alumínio) que foi calculada para cada 18ecker;

e) deixar agitar nessa velocidade por 2 a 3 minutos (tempo de detenção na

câmara de mistura rápida);

f) reduzir a velocidade de agitação para 50 r.p.m durante 10 a 30 minutos

(tempo de detenção nos floculadores);

g) deixar as amostras decantar por algum tempo(esse tempo seria o

correspondente à velocidade de sedimentação no decantador – 10 a 30

minutos);

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h) coletar o sobrenadante de todos os beckers e analisar os parâmetros

necessários para verificar qual deles apresentou melhor resultado;

i) normalmente o melhor resultado é aquele que apresentou maior redução

de cor e turbidez e essa dosagem deverá ser a escolhida.

4.3.4 ensaio 02

OBS: Quando a água não tem alcalinidade natural suficiente e desconhece-

se o pH ótimo de floculação.

a) colocar 6 beckers de 1 litro na plataforma do aparelho de Jar-Test;

b) enchê-los com água bruta até a marca de 1000 ml;

c) ligar o aparelho na velocidade máxima 100 r.p.m;

d) estabelecer diferentes pH nos beckers usando álcali (cal hidratada);

e) aplicar uma quantidade fixa de sulfato de alumínio em todos os beckers e

proceder de acordo com os passos (e) e (i) do procedimento 1;

f) medir o pH do frasco que apresentou melhor resultado;

g) executar novo ensaio, fixando em todos os beckers o pH ótimo

encontrado no item anterior;

h) adicionar sulfato de alumínio em cada 19ecker, variando a concentração

em valores próximos (menor e maior) da dosagem utilizada na letra c;

i) proceder de acordo com os passos de (e) e (i) do procedimento 1.

Quando a água bruta não tiver alcalinidade natural suficiente para reagir com

o sulfato de alumínio, usar cal hidratada ou outro álcali para promover uma

alcalinidade artificial.

* Quando a água bruta não tiver um pH ótimo de floculação, criar essa

condição, utilizando ácidos ou bases (álcalis).

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* O álcali mais usado é a cal hidratada

* Normalmente se usa sulfato de alumínio a 1% e cal a 0,5% para fazer os

ensaios, pois facilita a medição de volumes utilizados no processo.

* Para dosagens de sulfato de alumínio de 10 – 15 – 20 – 25 – 30 e 35 mg/L

de uma solução a 1% são necessários os seguintes volumes: 1,0 ml, 1,5 ml,

2,0 mL, 2,5 ml, 3,0 ml e 3,5 ml, respectivamente (Para dosagem de cal, usa-

se metade desses volumes em ml )


1 – Pesquise um artigo técnico que tenha utilizado o aparelho Jar Test em

sua pesquisa.

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Aula 5 – Válvulas de retenção e registros de gaveta

Objetivos da aula:


� Conhecer os equipamentos e suas funções;

� Conhecer os principais tipos de válvulas de retenção existentes no mercado

e suas funções num sistema hidráulico;

� Compreender os principais aspectos de instalação de uma válvula de

retenção;

� Entender os tipos, o processo de instalação e as especificações técnicas de

um registro de gaveta;

5.1 Válvulas de Retenção

• São equipamentos de proteção, que visam proteger as instalações

hidráulicas do refluxo de água quando da paralisação das bombas. Esses

dispositivos são muito importante para a manutenção da coluna da água

durante eventuais paralisações.

5.1.1 Uso e Funcionamento

• Esses dispositivos são instalados no início das tubulações de recalque, entre

a saída das bombas e antes dos registros de gaveta, para proteção das

bombas contra os golpes de aríete, resultantes da cessação brusca do

escoamento, especialmente por falta de energia elétrica. Esse

posicionamento é o mais adequado, pois facilita inspeções e consertos

eventuais.

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• Em função do tipo de válvula que possuem, permitem o deslocamento da

água num só sentido (Figura 09), assim é necessário atenção na hora da

instalação, pois a portinhola deve abrir no sentido do fluxo.

Figura 09 – Representação esquemática de uma válvul a de retenção

Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/

5.1.2 Tipos

Existem vários tipos de válvulas de retenção, a saber:

a) Tipo Portinhola Dupla e Portinhola Basculante Única.

b) Tipo Fundo de Poço.

c) Tipo Aero.

d) Tipo Pistão

5.2 - Registros de gaveta

• São dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper a

descarga de fluidos nos encanamentos. São conhecidos também com

o nome de registros.

• Em sistemas públicos encontram-se geralmente os registros de gaveta

do tipo oval ou chato, indicado apenas para pequenas pressões de

serviço.

Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/es10_11.gif

A perda de carga nessas válvulas, quando completamente abertas, é

desprezível. Este motivo e o custo relativamente reduzido explicam seu largo

emprego em instalações hidráulicas prediais, nos barriletes, ramais de água,

elevatórias de água, ar comprimido e vapor.

completamente abertos ou permanecerem totalmente fechados.

parcialmente abertas, elevam a perda de carga e podem produzir cavitação.

5.2.1 Tipos de registros de gaveta

Os registros de gaveta são produzidos com duas bolsas, duas pontas

ou dois flanges, de modo que possam ser adquiridos conforme o tipo de

junta da tubulação em que o mesmo será instalado (Figura 11)

• Figura 10 - Registros de gaveta

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/es10_11.gif


motivo e o custo relativamente reduzido explicam seu largo


elevatórias de água, ar comprimido e vapor. Devem funcionar

completamente abertos ou permanecerem totalmente fechados.


5.2.1 Tipos de registros de gaveta



junta da tubulação em que o mesmo será instalado (Figura 11)

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motivo e o custo relativamente reduzido explicam seu largo


Devem funcionar

completamente abertos ou permanecerem totalmente fechados. Quando




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Figura 11 - Vistas em corte de registros de gaveta com bolsas, pontas e flanges,

respectivamente


Em função do mecanismo de acionamento, podemos citar os registros:

a) cabeçote: acionado somente com uma chave T, o que dificulta às

pessoas estranhas movimentá-lo.

b) volante: dispensa a chave T e, possui um volante para manobras de

fechamento ou abertura. É mais utilizado em instalações de superfície, com

as tubulações aparentes.

Figura 12 - Registros de gaveta - cabeçote e volant e, respectivamente.


Para registros de grande diâmetro (acima de 300 mm), normalmente

lança-se mão de pedestais de manobra com engrenagem para diminuir o

esforço do operador, por redutor de engrenagens helicoidais, ou direto com

by-pass.

by-pass: é uma derivação fixada de um lado e de outro da gaveta da válvula.

Este dispositivo permite a manobra das válvulas de diâmetros superiores a

300 mm quando a diferença entre as pressões a montante e a jusante da

gaveta atinge um valor que impede o acionamento direto.

5.2.2 Instalação

• Em relação ao solo:

Pode ser instalada na superfície, subterrânea, sob tampões ou em

caixas ou câmaras de alvenaria;

• Em relação à canalização:

Pode figurar em quatro posições: em pé, invertido ou deitado quando

em canalizações horizontais, e de lado em canalizações verticais.

4.1.3 Montagem

No ato da instalação de destes registros de gaveta deve ser previs

possibilidade de desmontagem e retirada dos mesmos para reparos,

manutenção ou substituição.

Para que haja flexibilidade nestas operações, a Figura 13, apresenta

algumas possíveis configurações de montagem de válvulas de gaveta em

canalizações flangeadas e canalização ponta e bolsa.

Figura 13 - Montagem em função do tipo de junta da tubulação


Em relação ao solo:


ras de alvenaria;

Em relação à canalização:



No ato da instalação de destes registros de gaveta deve ser previs


manutenção ou substituição.



das e canalização ponta e bolsa.

Montagem em função do tipo de junta da tubulação


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No ato da instalação de destes registros de gaveta deve ser previsto a




Montagem em função do tipo de junta da tubulação

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5.2.4 Materiais Usados em Registros de Gaveta

Em pequenas instalações prevalece a fabricação em bronze. Nos

diâmetros de 50 a 600 mm, em tipo flangeado, ponta e bolsa, ou com

pontas, são fabricadas ferro fundido cinzento ou dúctil e aço, com

componentes inox, galvanizado, latão etc.

Os registros de ferro dúctil suportam uma pressão igual à máxima da

série oval em ferro fundido cinzento, de modo que são fabricados sem a

distinção que há nos tubos de ferro fundido cinzento, entre série oval e série

plana. Existem também válvulas de aço-carbono fundido e de aço forjado

para instalações industriais, onde a pressão e a temperatura do fluido são

elevadas.


1 – Pesquise em sites especializados as figuras dos diversos tipos de

válvulas de retenção apresentados neste material.

2 – Em um sistema hidráulico, qual a função de uma válvula de retenção e a

de um registro de gaveta?

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Aula 6 – Bombas hidráulicas e Bombas Centrífugas

Objetivos da aula:


� Conhecer a função das bombas hidráulicas nos sistemas de abastecimento de água e esgoto;

� Compreender a necessidade dos sistemas elevatórios; � Conhecer o pré-dimensionamento das estações elevatórias.

Em muitos sistemas de saneamento, nos quais o escoamento ocorre

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.

Um sistema de recalque ou elevatório é o conjunto de tubulações,

acessórios, bombas e motores necessário para transportar uma certa vazão

de água ou qualquer outro líquido de um reservatório inferior R1, na cota Z1,

para outro reservatório R2 , na cota Z2 > Z1. Este sistema lança mão de

unidades de Máquinas e Equipamentos eletromecânicos para alcançar seus

objetivos.

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Figura 14 – Esquema para elevação

Fonte: Direta

As estações elevatórias são componentes essenciais dos sistemas de

abastecimento de água, sendo utilizado na captação, adução, tratamento e

distribuição de água. O uso intensivo das estações elevatórias em sistemas

de abastecimento de água e esgoto sanitário tem elevado o custo da energia

elétrica, sendo um dos principais itens dos custos operacionais das

prestadoras de serviço de saneamento básico.

6.1 – Conjuntos Elevatórios

6.1.1 – Componentes

Os principais componentes de uma estação elevatória de água são:

� Equipamento eletro-mecânico: Bomba e Motor

� Tubulação: Sucção, Barrilete e Recalque;

� Construção Civil: Poço de sucção e Casa de Bomba

Em síntese, têm-se as seguintes definições:

R1

R2

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a – Tubulação de sucção, que é constituída pela canalização que liga o

reservatório R1 à bomba, incluindo os acessórios necessários, como válvula

de pé com crivo, registro, curvas etc.

Figura 15 - Válvula de pé com crivo

b – Conjunto elevatório, que é constituído por uma ou mais bombas e

respectivos motores elétricos ou a combustão interna.

c – Tubulação de recalque, que é constituída pela canalização que liga a

bomba ao reservatório superior R2, incluindo registros, válvula de retenção,

manômetros, curvas etc.

A instalação de uma bomba em um sistema de recalque pode ser feita

de duas formas distintas:

a) Bomba afogada, quando a cota de instalação do eixo da bomba está

abaixo da cota do nível d’ água no reservatório inferior R1.

b) Bomba não afogada, quando a cota de instalação do eixo da bomba

está acima da cota do nível d’ água no reservatório inferior R1.

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6.2 - Bombas Hidráulicas

São máquinas hidráulicas que fornecem energia ao líquido com a

finalidade de transportá-lo de um ponto a outro. Normalmente recebem

energia mecânica e a transformam em energia de pressão e cinética ou em

ambas.

6.2.1 - Classificação

As bombas podem ser classificadas em duas categorias, a saber:

- Hidrodinâmicas ou Rotodinâmicas - são máquinas nas quais a

movimentação do líquido é desenvolvida por forças que se

desenvolvem na massa líquida em conseqüência da rotação de uma

peça interna (ou conjunto dessas peças) dotada de pás ou aletas

chamada de roto (BOMBAS CINÉTICAS – BOMBAS CENTRÍFUGAS)

- Volumétricas ou de Deslocamento Positivo - são aquelas em que a

movimentação do líquido é causada diretamente pela movimentação

de um dispositivo mecânico da bomba, que induz ao líquido um

movimento na direção do deslocamento do citado dispositivo, em

quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade de

armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e

esvaziamentos sucessivos, provocando, assim, o deslocamento do

líquido no sentido previsto.

Obs: São exemplos de bombas rotodinâmicas as conhecidíssimas bombas centrífugas e de bombas volumétricas as de êmbolo ou alternativas e as rotativas.

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Figura 16 - Bomba volumétrica

6.3 - BOMBAS CENTRIFUGAS

São bombas hidráulicas que têm como princípio de funcionamento a

força centrífuga através de palhetas e impulsores que giram no interior de

uma carcaça estanque, jogando líquido do centro para a periferia do

conjunto girante.

6.3.1 - Descrição

Constam de uma câmara fechada, carcaça, dentro da qual gira uma

peça, o rotor, que é um conjunto de palhetas que impulsionam o líquido

através da voluta. O rotor é fixado no eixo da bomba, este contínuo ao

transmissor de energia mecânica do motor.

Carcaça

É a parte da bomba onde, no seu interior, a energia de velocidade é

transformada em energia de pressão, o que possibilita o líquido alcançar o

ponto final do recalque. É no seu interior que está instalado o conjunto

girante (eixo-rotor) que torna possível o impulsionamento do líquido.

Rotor

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É o componente da bomba que tem a função de transferir para a

massa líquida o movimento de rotação, convertendo a energia mecânica em

energia cinética. O rotor é peça mais importante da bomba, ele é projetado

para fornecer uma vazão Q, contra uma altura monométrica H, girando a N

rotações por minuto.

Figura 17 – Foto bomba centrífuga

Fonte:

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Figura 18 – Mecanismos de uma bomba centrífuga

Fonte: http://www.cesarnatal.com.br/Bombas/rotores.gif

6.3.2 - Classificação

A literatura técnica sobre classificação de bombas é muito variada,

havendo diferentes interpretações conceituais. Aqui apresentamos uma

classificação geral que traduz, a partir de pesquisas bibliográficas e textos

comerciais, nossa visão sobre o assunto.

i - Quanto a altura manométrica (para recalque de água limpa):

- baixa pressão (H < 15 mca);

- média pressão (15 < H < 50 mca);

- alta pressão (H > 50 mca).

ii - Quanto a vazão de recalque:

- pequena (Q < 50 m3/hora);

- média ( 50 < Q < 500 m3/hora);

- grande (Q > 500 m3/hora).

iii - Quanto à direção do escoamento do líquido no interior da bomba:

- radial ou centrífuga pura, quando o movimento do líquido é na direção

normal ao eixo da bomba;

- axial ou helicoidais, quando o escoamento desenvolve-se de forma

paralela ao eixo e são especificadas para grandes vazões - dezenas

de m3/s - e médias alturas - até 40 m;

iv - Quanto à estrutura do rotor

- aberto (para bombeamentos de águas residuárias ou bruta de má

qualidade);

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- semi-aberto ou semi-fechado (para recalques de água bruta

sedimentada);

- fechado (para água tratada ou potável).

v - Quanto a velocidade de rotação:

- baixa rotação ( N < 500rpm);

- média ( 500 < N < 1800rpm);

alta ( N > 1800rpm).

6.4 – Pré-dimensionamento

6.4.1 - Grandezas características

Uma bomba destina-se a elevar um volume de fluido a uma

determinada altura, em um certo intervalo de tempo, consumindo energia

para desenvolver este trabalho e para seu próprio movimento, implicando,

pois, em um rendimento característico.

Estas, então, são as chamadas grandezas características das

bombas, isto é, Vazão Q, Altura manométrica H, Rendimento h e Potência

P.

a- Altura manométrica ou Carga – Hm

Altura manométrica de uma bomba é a carga total de elevação que a

bomba trabalha. É dada pela expressão

Hm = Hg + Ʃ∆Hs + Ʃ∆Hr + (v r2/2g)

onde:

Hm = altura manométrica total;

Hg = altura geométrica total;

Ʃ∆Hs = perda de carga na sucção;

Ʃ∆Hr = altura estática de recalque;

vr2/2g = parcela de energia cinética no recalque

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(normalmente desprezível em virtude das aproximaçõe s feitas no

cálculo da potência dos conjuntos elevatórios).

Hg = Hgs + Hgr, onde:

Hgs (altura geométrica de sucção ou altura estática de sucção) =

desnível geométrico entre o nível de água no poço de sucção e a linha de

centro da bomba. Se o nível do líquido no poço de sucção está abaixo da

linha de centro da bomba, se diz que a sucção é negativa (bomba não

afogada). Quando ocorre o inverso, diz-se que a sucção é positiva (bomba

afogada).

Hgr (altura geométrica de recalque ou altura estáti ca de recalque) =

desnível geométrico entre a linha de centro da bomba e o nível do líquido

onde chega a tubulação de recalque.

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Figura 19 - Elementos da altura manométrica

Potência solicitada pela bomba ou potência fornecida pela bomba – Pl

É a potência para elevar a vazão do líquido, de modo a vencer a

altura manométrica total, tem-se:

Pl = γ . Q . H, onde :

Pl = potência líquida fornecida pela bomba, kW; N.m/s;

γ = peso específico da água N/m3;

Q = vazão em m3/s,

H = altura manométrica total ;

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Rendimentos

A quantidade de energia elétrica a ser fornecida para que o conjunto

motor-bomba execute o recalque, não é totalmente aproveitada para

elevação do líquido.

Rendimentos da bomba – n: é a relação entre a potência fornecida

pela bomba ao líquido e a potência consumida por essa bomba.

n = P l / Pb = γ.Q.H/Pb, , onde:

n = rendimento ou eficiência da bomba;

Pb = potência consumida pela bomba, kW; N.m/s

Uma bomba recebe energia mecânica através de um eixo e consume

parcela desta energia no funcionamento de suas engrenagens, além do que

parte da energia cedida pelo rotor ao líquido perde-se no interior da própria

bomba em conseqüência das perdas hidráulicas diversas, da recirculação e

dos vazamentos, de modo que só parte da energia recebida do motor é

convertida em energia hidráulica útil.

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Figura 20 - Esquema das demandas de energia nos conjuntos


1 – Conceitue estação elevatória.

2 – Diferencie bomba afogada e bomba não-afogada.

3 – Diferencie bombas rotodinâmicas e bombas volumétricas;

4 – Classifique uma bomba centrífuga quanto à sua velocidade de rotação.

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