Recalque (4pp)

2. PROJETO DE INSTALAÇÕES DE ÁGUA FRIA

2.10. Elevação mecânica da água - BOMBEAMENTO

Para a elevação da água do reservatório inferior até o

reservatório superior utiliza-se a bomba, que é uma

máquina geratriz hidráulica.

A operação realizada pela bomba, em virtude da energia

transmitida pela mesma ao líquido, deslocando-o de um

reservatório a outro, denomina-se bombeamento.

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O bombeamento é realizado

através do sistema elevatório

constituído de:

-Tubulação de sucção;

-Conjunto motor bomba;

-Tubulação de recalque.

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2.10.1. Tubulação de sucção

As linhas de sucção deverão ser projetadas econstruídas obedecendo os requesitos técnicosmínimos, conforme abaixo:

- A sucção deve ser a mais curta possível, nuncaultrapassar a 7,50m, que é o limite prático. Sempre quepossível deve ser inferior a 5,00m;

- Cavitação: fenômeno que decorre da ebulição da água no interior dos condutos, quando as condições de pressão caem a valores inferiores a pressão de vaporização.

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2.10.1. Tubulação de sucção (cont.)

- Deverá ser estanque, evitando assim a entrada e formação de bolhas de ar;

- Para impedir que objetos estranhos danifiquem a bomba, um crivo deverá ser instalado no início da sucção, tendo 3 a 4 vezes a área da tubulação.

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2.10.2. Tubulação de recalque

As linhas de recalque deverão ser projetadas econstruídas obedecendo aos requisitos técnicosmínimos, conforme abaixo:

- Colocar na saída da bomba, em primeiro lugar, umaválvula de retenção e depois um registro de gaveta.

O registro de gaveta tem por finalidade possibilitar amanutenção e poderá ainda ser usado para a regulagemda vazão.

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2.10.2. Tubulação de recalque (cont.)

A válvula de retenção irá proteger abomba contra:

- pressão excessiva;- efeito do golpe de aríete, quando daparada da bomba;- a possibilidade da mesma girar emsentido contrário.

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2.10.3. Vazão a considerar para a bomba

O sistema elevatório deverá ter uma vazão mínima horária igual a 15% do consumo diário.

Baseado em inúmeras instalações executadas, adotaremos

como base os seguintes tempos de funcionamento diário:

� prédios de apartamentos e hotéis: três períodos de 1 hora e 30

minutos cada;

� prédios de escritórios: dois períodos de 2 horas cada;

� hospitais: três períodos de 2 horas cada.

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A vazão da bomba será:

Q = 0,15 x CD (vazão horária mínima)

Q = CD/h

sendo:

CD = consumo diário, em litros/dia;

h = horas de funcionamento da bomba;

Q = vazão, podendo ser expressa em litros/hora

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2.10.4. Dimensionamento de recalque e de sucção

Teoricamente o diâmetro de recalque pode serqualquer um.

Se for escolhido um diâmetro relativamente grande,tem-se perdas de carga pequenas, e em conseqüência,um conjunto elevatório com uma potência instaladapequena.

Neste caso as bombas para o sistema elevatório terãoum custo baixo e as tubulações um custo elevado.

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2.10.4. Dimensionamento de recalque e de sucção (cont.)

Se ao contrário do que foi visto anteriormente, forescolhido um diâmetro pequeno, as perdas de cargaserão significativas, exigindo com isto bombas com umapotência maior, para o sistema elevatório.

Já neste caso, o custo das tubulações será baixo, com asbombas a um custo de instalação e funcionamentoaltos.

O ideal é que o sistema elevatório seja eficaz a um custode instalação e funcionamento mínimo.

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2.10.4. Dimensionamento de recalque e de sucção (continuação)

O ideal é que o sistema elevatório seja eficaz a um custo mínimo de instalação e funcionamento.

Para alcançar este objetivo em instalações prediais de recalque e a fim de reduzir as perdas de cargas nas tubulações de sucção e recalque, adotam-se

valores reduzidos para as velocidades de escoamento dos líquidos.

Geralmente as velocidades nas tubulações de sucção e recalque

oscilam entre 0,55 m/s e 2,40 m/s.

Sendo que: nas tubulações de recalque com grandes extensões, a

velocidade deve ser baixa, oscilando entre 0,65m/s a 1,30m/s.

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A NBR 5626/82 recomenda a utilização da fórmula de Forchheimmerpara o dimensionamento da tubulação de recalque.

sendo:

Dr - diâmetro nominal da tubulação de recalque, em m;

Q - vazão da bomba, em m3/s;

h - horas de funcionamento da bomba no período de 24 horas

X - h/24 horas

4r XQ31D ⋅⋅= ,

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Gráfico de Forchheimmer

para determinação

do diâmetro do encanamento de recalque

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A tubulação de sucção é determinada, adotando-se um diâmetro comercial

imediatamente superior ao da tubulação de recalque.

Calculado os diâmetros de recalque e de sucção, o ideal é que as perdas de

carga não sejam superiores a 15% da altura manométrica.

d hf

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Exercício 2.17 - Calcular a vazão a considerar para a bomba do sistema elevatório.

Dado Básico: CD = 37.500 litros/dia.

Pela NBR 5626/82, a vazão horária mínima de bombeamento deve ser 15% CD.

⇒ Q = 0,15 x CD

⇒ Qmin.(bomba) = 0,15 x 37.500 = 5.625 l/h = 5,625 m3/h

Na prática o tempo de funcionamento da bomba, para edifícios residenciais, é de

3 períodos de 1 hora e 30 minutos cada período, então:

⇒ h = 4 horas e 30 min. = 4,5 horas = 16.200 segundos

⇒ Qbomba = 37.500 / 4,5h = 8.333,33 l/h ⇒ Qbomba = 8,33 m3/h

⇒ Qbomba = 37.500 / 16.200s = 2,31 l/s ⇒ Qbomba = 0,00231 m3/s

X

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Exercício 2.18 - Calcular o diâmetro de recalque e sucção para o exemplo anterior.

1º método: fórmula de Forchheimmer

Para ser utilizada a fórmula deve ser observado as unidades a serem adotadas.

• Do exemplo anterior: Q=0,00231 m3/s

h=4,5 horas ⇒ X=4,5/24=0,19

⇒

⇒ ⇒ Dr = 0,04125m ⇒ Dr = 50 mm

⇒ O diâmetro comercial de recalque é 50 mm

⇒ O diâmetro comercial da sucção é de 60 mm, ou seja, um diâmetro imediatamente superiorao recalque.

4 19,000231,03,1 xxDr =

4r XQ31D ⋅⋅= ,

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Exercício 2.18 (continuação)

•••• Pelo Gráfico de Forchheimmer h = 4,5 horas e Q = 8,33 m3/h

⇒ Teríamos um diâmetro compreendido entre

1 ½” (50mm) e 2” (60mm)

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2.10.5. Escolha da bomba para uma instalação predial

A bomba deve ser capaz de fornecer a descarga de

projeto, isto é, escolhe-se o tipo de bomba e a potência

do motor.

Quanto ao tipo de bomba já sabemos que será uma

bomba centrífuga, consagrada para instalações prediais

de água potável.

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Bombas Centrífugas 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.

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2.10.5. Escolha da bomba para uma instalação predial (cont.)

Deveremos então determinar a

potência N do motor que aciona a bomba.

Para isso, precisaremos calcular a

altura manométrica correspondente à instalação.

A primeira coisa a fazer é esboçar a instalação numa representação isométrica,

indicando diferenças de cotas, comprimentos de encanamento entre curvas,conexões,

registros e válvulas.

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2.10.5.1. Altura manométrica (desnível geométrico + perdas)

( ) HHJhJh rarrg2

aam VH 20 +=++

+= +

Hm = Altura manométrica

Ha = Altura total de aspiração

Hr = Altura total de recalque

Ja = perdas de carga TOTAL na aspiração

Jr = perdas de carga TOTAL no recalque

ha = Altura estática de aspiração

hr = Altura estática de recalque

V0= velocidade de escoamento

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HH ramH +=2.10.5.1. Altura manométrica (desnível geométrico + perdas)

( ) ( ) JrhrJahamH +++=SUCÇÃOha = Altura estática de aspiraçãoJa = perdas de carga TOTAL na aspiração

RECALQUEhr = Altura estática de recalqueJr = perdas de carga TOTAL no recalque

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( ) ( ) JhJh rraamH +++=

Ábaco ou formulação matemática

Ja = perdas de carga TOTAL na aspiração = J u x L total

Jr = perdas de carga TOTAL no recalque = J u x L total

Ju = perda de carga unitária (m/m)

(altura da coluna de água por metro de tubulação)

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Cálculo da perda de carga

A perda de carga deve ser verificada nos tubos e também nasconexões.

a) Nos tubos

Para determinação da perda de carga em tubos, a NBR 5626/98estabelece que podem ser utilizadas as expressões deFair-Whipple-Hsiao.

b) Nas conexões

A perda de carga nas conexões que ligam os tubos, formando astubulações, deve ser expressa em termos de comprimentoequivalente desses tubos.

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No caso de tubos rugosos utiliza-se a equação (1):

JU = 20,2 x 105 Q1,88 D-4,88 (1)

(tubos de aço-carbono, galvanizado,ferro fundido)

No caso de tubos lisos utiliza-se a equação (2):

JU = 8,69 x 105 Q1,75 D-4,75 (2)

(tubos de plástico, cobre ou liga de cobre)

onde:

JU é a perda de carga unitária (m/m);

Q é a vazão estimada na seção considerada (l/s);

D é o diâmetro interno do tubo (mm).

Obs.: Tanto a velocidade quanto a perda de carga podem ser determinadas através da utilização dos ábacos de Fair-Whipple-Hsiao

a) perda de carga nos TUBOS

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Ábaco deFair-Whipple-Hsiao para tubulações de aço galvanizado e ferro fundido

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Ábaco deFair-Whipple-Hsiao para tubulações de cobre e plástico

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Cálculo da perda de carga

A perda de carga deve ser verificada nos tubos e também nasconexões.

a) Nos tubos

Para determinação da perda de carga em tubos, a NBR 5626/98estabelece que podem ser utilizadas as expressões deFair-Whipple-Hsiao.

b) Nas conexões

A perda de carga nas conexões que ligam os tubos, formando astubulações, deve ser expressa em termos de comprimentoequivalente desses tubos.

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A perda de carga nas conexões que ligam

os tubos, deve ser expressa em termos de

comprimentos equivalentes desses tubos.

As tabelas seguintes apresentam esses

comprimentos equivalentes para diferentes

conexões em função do diâmetro nominal do

tubo, seja rugoso ou liso.

a) perda de carga nos CONEXÕES

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Tubo rugoso

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Tubo liso

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2.10.5. Escolha da bomba para uma instalação predial (cont.)

Deveremos então determinar a

potência N do motor que aciona a bomba.

Para isso, precisaremos calcular a

altura manométrica correspondente à instalação.

A primeira coisa a fazer é esboçar a instalação numa representação isométrica,

indicando diferenças de cotas, comprimentos de encanamento entre curvas,conexões,

registros e válvulas.

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2.10.5.2. Cálculo da potência motriz

η=

.

x75

HxQx0001N m

onde:

N = potência necessária para a moto-bomba (CV);

Q = vazão de recalque (m³/s);

Hm = altura manométrica (m);

= rendimento da moto-bomba (adimensional) – ( usual )%50=ηη

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Exercício 2.20

Dimensionar o sistema elevatório representado.

Encontre:

a) Altura total de aspiração

b) Altura total de recalque

c) Altura manométrica

d) Potência Motriz da Bomba

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Exercício 2.20Detalhe do bombeamento e sucção

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Exercício 2.20Detalhe do recalque

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