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75256105 Apostila de Hidraulica II Saneamento 2011

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO PAR CAMPUS TUCURU

APOSTILA DE HIDRULICA II CURSO SANEAMENTO INTEGRADO

PROFESSORA: Neusa Margarete Gomes Fernandes TUCURU 2011

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CURSO: SANEAMENTO DISCIPLINA: HIDRULICA II PROFESSOR: Neusa Margarete Gomes Fernandes 1. 1.1 1.2 1.4 1.5 2. 2.1 2.22.3

Sistema elevatrio Introduo (instalao elevatria tpica); Parmetros hidrulicos e dimensionamento das tubulaes; Determinao da altura manomtrica; Determinao da potncia do conjunto elevatrio Escoamentos livres Caractersticas bsicas dos escoamentos livres; Forma dos condutos livres;Aplicao do Teorema de Bernoulli no escoamento dos canais

2.4 2.5 2.6 3. 3.1 3.2 3.3 3.4

Parmetros geomtricos e hidrulicos; Variao da presso e variao da velocidade; Clculo de canais em escoamento uniforme (Frmula de Manning). Medidores de vazo Medidores diferenciais (Venturi; Placa de orifcios; Bocais) Vertedores retangular e triangular; Calha Parshall; Medidores magnticos e hidrmetros

Bibliografia: BAPTISTA, M. e LARA, M. Fundamentos de Engenharia Hidrulica. Editora UFMG HELLER, L. e PDUA, V. L. de. Abastecimento de gua para consumo humano. Editora UFMG NETTO, Azevedo. Manual de Hidrulica. Editora Edgard Blucher. NEVES, Eurico Trindade. Curso de Hidrulica PROVENZA ,Francesco, Hiran R. de Souza. Hidrulica .Editora Provenza PORTO, Rodrigo de Melo, Hidrulica Bsica. EESC - USP

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1. SISTEMA ELEVATRIO 1.1 Introduo Tendo em vista a economia de energia, facilidade de operao, manuteno e segurana, seria desejvel que os escoamentos fossem inteiramente por gravidade. Contudo, algumas vezes, os locais a serem atendidos esto em pontos altos ou muito afastados das fontes de abastecimento de gua. Deste modo, as elevatrias tornam se essenciais na captao, aduo, tratamento e rede de distribuio de gua, para conduzir o lquido a cotas mais elevadas, ou para aumentar a capacidade de aduo do sistema.

Figura 01 - esquema bsico de sistema de abastecimento de gua As elevatrias de sistemas de abastecimento de gua, quando destinadas a conduzir guas no tratadas, denominam se elevatrias de gua bruta. Caso contrrio, so denominadas de elevatrias de gua para o bombeamento do lquido at os reservatrios. Podem tambm estar entre reservatrios, ou ainda, em algum trecho da rede de distribuio de gua, e neste caso so mais conhecidas por boosters. A Figura 01 mostra um esquema bsico de sistema de abastecimento de gua e algumas inseres possveis de elevatrias, para demonstrar a freqncia com que essas unidades de recalque podem ocorrer. As elevatrias de gua bruta normalmente fazem parte das captaes e, portanto, esto sujeitas s condies impostas pelos mananciais, quais sejam, nvel e profundidade da lmina dgua, bem como distncia entre a captao e a elevatria. A Figura 02 mostra um tipo de elevatria de gua tratada, dotada de poo de suco, muito utilizada em sistemas de abastecimento de gua.

Figura 02 - Elevatria de gua tratada3

Embora possam ter formas variadas, devido aos tipos de bombas e acionamentos adotados nas instalaes, costumam apresentar, com freqncia, as peas, aparelhos e equipamentos mostrados nessa figura, cujas finalidades so descritas a seguir: A tubulao de suco a tubulao compreendida entre o ponto de tomada de gua (reservatrio inferior, ponto de captao) A tubulao de recalque a tubulao compreendida entre o orifcio de sada da bomba e o ponto de descarga no reservatrio. A vlvula de p com crivo uma vlvula de reteno que se instala na extremidade inferior da tubulao de suco, com o objetivo de impedir o retorno do lquido quando a bomba pra de funcionar. O crivo que vem acoplado vlvula tem a finalidade de impedir a entrada de partculas slidas no interior da bomba. A reduo excntrica a pea que se adapta tubulao de suco, geralmente de maior dimetro, entrada da bomba, de menor dimetro. A excentricidade exigida nesta pea tem a finalidade de evitar o acmulo de bolhas de ar na seo de entrada da bomba. A ampliao concntrica a pea de adaptao da tubulao de recalque, geralmente de maior dimetro, sada da bomba, de menor dimetro. A vlvula de reteno destina-se a proteo da bomba contra o retorno da gua e manuteno da coluna lquida, por ocasio da parada do motor. A vlvula ou registro um aparelho que deve ser instalado logo a seguir da vlvula de reteno, visando manuteno desta, bem como o controle da vazo. A bomba o equipamento destinado a transformar a energia mecnica que recebe do motor em energia hidrulica, sob forma cintica, de presso ou de posio. Uma bomba, instalada numa linha de recalque, deve vencer no apenas o desnvel geomtrico entre a gua em sua posio original e em sua posio final, mas tambm as perdas de carga que ocorrero ao longo dessa linha O motor de acionamento tem a finalidade de fornecer energia mecnica s bombas. A fonte de energia dos motores eltrica, normalmente, todavia, devido ausncia ou falta de eletricidade, motores movidos a diesel ou gasolina so tambm utilizados. Em situaes especiais, outras fontes de energia, oriundas de cata-vento, roda dgua e clula solar podem tornar-se tecnicamente e economicamente factveis.

Figura 03 Parmetros hidrulicos de uma instalao elevatria.4

Quando o eixo da bomba est acima do nvel de gua, como na instalao mostrada nas Figuras 02 e 04, a bomba dita de suco positiva. No caso contrrio, a suco negativa e diz-se que a bomba est afogada. A bomba mostrada nas Figuras 03 e 04 est nessa situao. Nas instalaes elevatrias de suco negativa a vlvula de p e a excentricidade da reduo tornam-se desnecessrias, uma vez que a tubulao de suco mantida cheia, por se encontrar abaixo do nvel de gua.

Figura 04 Bombas de suco positiva e suco negativa Bombas Empregadas: Dentre a grande variedade de bombas disponveis, as bombas centrfugas so as empregadas em instalao predial de bombeamento de gua, e virtude das vantagens que, no caso, apresentam sobre as demais A bomba centrfuga consiste essencialmente em: Um rotor, destinado a conferir acelerao a massa liquida, para que adquira energia cintica e de presso, e assim se realize a transformao da energia mecnica comunicada pelo motor; Um difusor ou coletor, que pode ser uma caixa em forma de caracol (a voluta), que recebe o lquido que sai do rotor e transforma parte considervel da energia cintica do mesmo em energia de presso, que a forma adequada ao escoamento em tubulaes.

1.2 Parmetros hidrulicos e dimensionamento das Tubulaes. Os parmetros hidrulicos mais importantes no dimensionamento dos conjuntos moto-bomba so: vazo, altura manomtrica, potencia e rendimento. a) Vazes: as vazes a recalcar, geralmente, so determinadas em funo das condies de funcionamento das unidades a montante e a jusante da elevatria. De fato, no faz sentido especificar uma bomba com vazo superior a capacidade mxima do poo, ou estabelecer uma vazo de recalque para alimentar a ETA incompatvel com a capacidade desta. As estaes elevatrias que alimentam um sistema de distribuio de gua sem reservao devem ao dia e hora de maior consumo do setor atendido. Por outro lado, em sistemas de reservao suficiente, as bombas devem atender ao quesito da mxima demanda diria e ao tempo estabelecido para o enchimento do reservatrio. Alm das condies de funcionamento das unidades vizinhas, h de se considerar tambm o regime de operao da elevatria e o numero5

de etapas de implantao estabelecido na concepo bsica do sistema de abastecimento, neste ltimo caso determinante para a escolha do nmero de bombas da estao elevatria. b) Tubulao de recalque Normalmente, a determinao da tubulao de recalque realizada segundo um critrio econmico, considerando no somente a tubulao propriamente dita, mas todo o conjunto elevatrio, devido s implicaes explicadas a seguir: um dimetro pequeno para tubulao ocasiona uma perda de carga maior e, portanto, uma altura manomtrica e potncias do conjunto motor bomba mais levadas; consequentemente , o conjunto elevatrio tem custo maior e as despesas com energia tambm so elevadas, embora o custo da tubulao seja menor; um dimetro maior para a tubulao implica em despesa mais elevada para a instalao da tubulao; entretanto, proporciona menor perda de carga e, consequentemente, a potncia fica reduzida, resultando em custo menor para a aquisio e operao dos conjuntos elevatrios. O dimetro de tubulao mais conveniente, economicamente, aquele que resulta em menor custo total das instalaes. Este dimetro chamado de dimetro econmico. Estes aspectos podem ser ilustrados atravs do grfico da Figura 05, onde a curva I representa a variao dos custos de tubulao (material mais assentamento) em relao ao dimetro da tubulao; a curva II representa a variao dos custos de implantao dos conjuntos motor-bomba mais equipamentos e despesas com energia. A curva IIIcorresponde soma dos custos da curva I e II (AB+AC=AD), fornecendo, portanto, o custo total da instalao elevatria. O dimetro econmico aquele correspondente ao ponto de menor custo da curva III.

Figura 05 Despesa versus dimetro numa instalao elevatria Para o dimensionamento da tubulao de recalque, recomenda-se o uso da frmula de Bresse, representada pela seguinte equao. Dr = dimetro de recalque, em m Q = vazo recalcada, em m3/s K = fator da frmula, de Bresse O valor do fator k depende de alguns fatores econmicos envolvidos na implantao e na manuteno da elevatria, tais como a tarifa da energia eltrica ou do combustvel e dos preos de tubulao e equipamentos adotados. O valor de K oscila conforme a poca e a regio, variando de 0,6 a 1,6 sendo o valor mais freqente em torno de 1,0; entretanto, por medida de segurana, adota-se k=1,2 ou 1,3, quando as informaes econmicas so insuficientes para uma anlise mais detalhada.6

Para o dimensionamento das linhas de recalque de bombas que funcionam apenas algumas horas por di, props-se a frmula:

Onde: DR o dimetro da tubulao de recalque (m);3

Q a vazo de recalque (m /s); h o nmero de horas de