Módulo de Água Fria 2 Bombeamento

8/17/2019 Módulo de Água Fria 2 Bombeamento

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SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA FRIA

DEFINIÇÃO DO SISTEMA MOTOR-BOMBA

CAPÍTULO I I I

1 CONCEITOS BÁSICOS

Denomina-se bombeamento à operação pela qual, em virtude da energiacomunicada por uma bomba a um líquido, este se desloca escoando entre duas posições.

As bombas hidráulicas são máquinas destinadas à elevação de águautilizando energia mecânica externa (motor elétrico ou térmico, força manual, etc.)

A instalação de uma bomba é completa com as canalizações de recalque esucção, além de outros elementos acessórios, conforme ilustra a Figura 1 dada a seguir:

Figura 1: sistema de bombeamento de água fria

BOMBAMOTOR


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Denomina-se tubulação de sucção ao trecho de canalização compreendidoentre o ponto de tomada d’água no reservatório inferior (tem início na válvula de pé ecrivo) e o orifício de entrada d’água na bomba.

Designa-se tubulação de recalque ao trecho de canalização que vai doorifício de saída d’água na bomba até o ponto de descarga d’água no reservatório superior

(têm terminalidade na válvula de bóia ou flutuador).O recalque d’água em edifícios residenciais ou em outras instalações énormalmente feito por bombas centrífugas, de eixo horizontal, acionadas por motoreselétricos, cujo sistema de recalque é denominado de eletrobomba.

A bomba centrífuga tem por princípio de funcionamento o fato de que o girode seu rotor (impelidor) produz vácuo no centro da bomba e uma força centrífuga que setransforma em pressão na periferia, fazendo com que a água seja bombeada.

Para a definição de um sistema motor-bomba é necessário conhecer-se osseguintes parâmetros hidráulicos, mecânicos e elétricos: vazão horária, diâmetro dascanalizações de recalque e de sucção, altura manométrica, rendimento, potência do sistemamotor-bomba, tensão nominal (“Voltagem”) e freqüência elétrica.

2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO SISTEMA MOTOR-BOMBA2.1 Vazão horária (Q)

A vazão horária ou requerida (Q) pode ser definida como a razão entre oconsumo diário de água da edificação (Cd) e o número de horas de funcionamento dosistema motor-bomba (H). Algebricamente, pode-se escrever:

Pela NBR 5626/82/ABNT, a capacidade horária mínima da bomba – vazãohorária mínima – corresponde ao valor igual a 15 % do consumo diário de água daedificação. Por sua vez, este percentual de 15 % sobre o consumo diário de água refere-seao valor máximo do número de horas de funcionamento do conjunto elevatório,correspondendo este mázximo a 6,66 horas por dia, com valor constante de vazão.

Para o valor da vazão horária adota-se, como dado prático, 20 % doconsumo diário de água da edificação, o que conduz ao conjunto elevatório trabalhardurante cinco (5) horas por dia para recalcar todo o consumo diário de água. Tal adoçãopossibilita que o sistema elevatório tenha uma maior durabilidade, em termos de vida útil.

2.2 Diâmetro das canalizações pertinentes ao conjunto motor-bomba2.2.1 Diâmetro econômico da canalização de recalque

A determinação do diâmetro econômico da canalização de recalque é feitomediante a aplicação da denominada FÓRMULA DE FORCHHEIMMER, designada

Q = Cd H


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também de Fórmula Modificada de Bresse, salvo em casos especiais, cuja expressãoanalítica é a seguinte:

фR (m) = 1,3x√ Q x (H ⁄ 24)1 ⁄ 4

onde:

фR : diâmetro interno mínimo de cálculo, em metros.Q : vazão horária (requerida), em metros cúbicos por segundo.H : número de horas de funcionamento do conjunto motor-bomba por dia

O valor obtido mediante o emprego da fórmula representa o denominado“diâmetro de cálculo”. Em função do material constitutivo da canalização de recalque

(PVC, aço galvanizado, dentre outros materiais), consulta-se a tabela que apresenta váriosdiâmetros externos comerciais (DE) e suas correspondentes espessuras de parede dacanalização (E), conforme ilustrações dadas a seguir:

Quadro 1 – material PVC Quadro 2: material aço galvanizado


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Definido o tipo de material da canalização, a partir de tentativas, calcula-se ovalor do diâmetro interno (DI) da canalização, mediante o emprego da seguinte expressão:

DI (m) = DE (m) – 2xE (m)

O diâmetro comercial a ser adotado para a canalização de recalque deveráser aquele cujo valor para o diâmetro interno comercial seja, no mínimo, igual ao diâmetroeconômico determinado pela Fórmula Modificada de Bresse (фR), conforme ilustra aFigura 2:

Figura 2: definição do diâmetro comercial

2.2.2 Canalização de sucção

Como norma prática, escolhe-se um diâmetro comercial para a canalizaçãode sucção com valor imediatamente superior àquele definido para a canalização derecalque.

2.3 Altura manométrica

A altura manométrica é constituída por duas parcelas, sendo igual à soma daaltura estática ou geométrica mais a altura equivalente às perdas de carga que ocorrem nointerior das canalizações de sucção e de recalque, assim como nas conexões inseridas ao


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longo do percurso da água. Deste modo, a altura manométrica pode ser matematicamenterepresentada pela expressão:

onde, HM : altura manométricaHG : altura geométrica ou estática∆∆∆∆HP : altura equivalente às perdas de carga

Denomina-se de altura manométrica porque este parâmetro hidráulico podeter seu valor medido com o auxílio de um manômetro inserido em qualquer ponto do trecho

de tubulação, quer de sucção, quer de recalqueA altura geométrica representa a diferença de nível (diferença de cota) entrea tomada d’água na válvula de pé e crivo, esta localizada no início da canalização de sucçãoe no reservatório inferior, e o ponto de descarga d’água no reservatório superior (válvula debóia ou flutuador). É um valor determinado mediante medida gráfica feita num cortearquitetônico, com o auxílio de um escalímetro.

Para se determinar o valor correspondente à altura relativa às perdas decarga, ∆∆∆∆HP, necessário se torna o conhecimento do comprimento virtual de canalização,que pode ser determinado da seguinte forma:

LV = LREAL + LE

O comprimento virtual de canalização (LV) é composto de duas parcelas,como revela a expressão acima: uma parcela referente ao comprimento real oudesenvolvido (LREAL) – comprimento total relativo à extensão da canalização de sucçãomais a de recalque (extensão de canalização percorrida pela água desde a válvula de pé comcrivo, localizada no reservatório inferior, até o ponto de descarga na válvula de bóiaposicionada no reservatório superior), em metros. A outra parcela de comprimento a serconsiderada, denominada de comprimento equivalente (LE), é devida às perdas de carga(perda de pressão) que surgem como uma decorrência do deslocamento da água no interiordas canalizações, resultando no aparecimento de resistências internas ao fluxo. Essasresistências ao fluxo não apenas ocorrem nos trechos retilíneos (ditas perdas de carga

normais), bem como nas diversas peças intercaladas (perdas designadas como acidentais oulocalizadas). Tais peças ou conexões são curvas, registros, válvulas, etc., sendo as perdas decarga (pressão) traduzidas em termos de extensão retilínea de canalização que produzperdas de carga equivalentes àquelas localizadas ou acidentais.

Enquanto que o comprimento real ou desenvolvido (LR) pode ter seu valordeterminado mediante elementos arquitetônicos, com o auxílio de um escalímetro, ocomprimento equivalente (LE) pode ser obtido mediante a utilização de quadrossemelhantes ao apresentado adiante, após inventariar as conexões inseridas ao longo dos

HM = HG +∆∆∆∆

HP


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trechos das canalizações de sucção e de recalque (material constitutivo, tipo, quantidade ediâmetro).

A perda de carga total (∆∆∆∆HP), por sua vez, pode ser quantificada mediante oemprego da seguinte expressão analítica:

∆∆∆∆HP = JxLV onde,

LV : comprimento virtual, em metros.J : perda de carga unitária, em metro por metro

Quadro 3 – Comprimentos equivalentes para aço galvanizado

Com o conhecimento do diâmetro das canalizações de sucção e de recalque eda vazão horária (requerida), determina-se valor da perda de carga unitária (J) mediante oemprego de fórmulas específicas para cada tipo de material constitutivo das canalizações econexões.


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No cálculo do valor da perda de carga unitária (J) várias são as formulaçõesexistentes que traduzem a dependência entre os parâmetros hidráulicos Vazão (Q),Diâmetro (D), V (velocidade) e perda de Carga Unitária (J).

A NBR 5626 – ABNT recomenda a utilização das seguintes fórmulasexperimentais:

Fórmula de Flamant

Aplicável para tubos com paredes lisas, possuindo a seguinte formulaçãoanalítica:

DxJ = bx(V7 ⁄ D)1 ⁄ 4 4

onde,

b = 0,00023, para tubos de aço e ferro fundido, EM USO.b = 0,00015, para tubos de aço e ferro fundido, NOVOS

Quando se tratar do cálculo de perdas de carga em canalizações construídascom o material PVC rígido, para instalações prediais de água fria, pode=se empregar aFórmula de Flamant com a seguinte configuração:

DxJ = 0,000135x(V7 ⁄ D)1 ⁄ 4 4

Onde,

V : velocidade de escoamento, em metros por segundoD : diâmetro, em milímetrosJ : perda de carga unitária, em metro por metro

Fazendo correlações entre as grandezas hidráulicas vazão (Q), velocidade(V) e perda de carga unitária (J), assim como adequadas conversões de unidades, a Fórmulade Flamant apresenta a expressão analítica dada seguir, mais apropriada aos cálculosinformatizados em computador ou máquinas de calcular programáveis:

J (m/m) = 0,00082411[ Q7 /(DI)19]0,25


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onde,

DI : diâmetro interno da canalização, em metrosQ : vazão, em metros cúbicos por segundo

Fórmula de Fair-Whipple-SiaoI)Canalizações fabricadas em aço galvanizado e ferro fundido

Aplicável para canalizações com diâmetro máximo de 100 mm (4!).

I I)Canalizações fabricadas em cobre e plástico e ferro fundido

2.4 Potência do conjunto motor-bomba

A partir da determinação dos valores hidráulicos relativos à vazão horária(requerida), da altura manométrica e do rendimento (R) do conjunto motor-bomba, pode-secalcular o valor correspondente à potência do conjunto mediante o emprego da seguinteformula:

P = γxQxHM = 1000x γxQxHM75xR 75xR

Onde,

P : potência, em CV

Q : vazão requerida, em metros cúbicos por segundoHM : altura manométrica, em metros de coluna de água

γ : peso específico da água (1000 kgf / m3)R : rendimento. Na prática de projeto de sistema de bombeamento de água fria para

instalações prediais adota-se o valor médio para o rendimento como sendo igual a 60%.

J (m/m) = 0,002021[ Q1,88 /(DI)4,88]

J (m/m) = 0,00086[ Q1,75 /(DI)4,75]


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Caso seja desejável, a potência pode ser expressa em HP; basta multiplicar oresultado obtido pelo fator de conversão igual a 0,98.

Comercialmente encontram-se motores elétricos com os seguintes valores depotência (em CV): 0,25; 0,33; 0,50; 0,75; 1; 1,50; 2; 3; 5; 8; 7,5; 10; 12; 15; 20; 25; 30; 35;40; 45; 50; 60; 80; 100; 125 e 150.

3 Considerações gerais

Para que a bomba possa entrar em funcionamento é necessário que a suacarcaça esteja plenamente cheia de água para evitar a manifestação do fenômeno hidráulicodenominado cavitação. A colocação prévia da água para encher a carcaça da bomba édenominada de Escorva; para evitar esta atividade rotineiramente, usa-se uma válvula depé e crivo na extremidade da canalização de sucção, posicionada no interior do reservatórioinferior, a qual permite conservar a bomba e a canalização de sucção cheia, impedindo asaída da água da carcaça quando o conjunto motor-bomba não estiver em operação.

Costuma-se inserir uma válvula de retenção logo no início da canalização derecalque, para evitar carregar as gaxetas da bomba com o peso de toda a coluna de águacontida no interior da canalização de recalque. Esta pressão hidráulica poderia causarvazamentos pelas gaxetas do eixo da bomba.

O conjunto motor-bomba deve ser instalado em local acessível, ventilado eiluminado, tão próximo quanto possível do reservatório inferior, de onde será feita asucção.

A instalação elevatória deve ter comando automático (chave de bóia) e deveser prevista a instalação de outro sistema de bombeamento de reserva.

Após o dimensionamento do conjunto motor-bomba devem-se fazer asespecificações técnicas para a aquisição, as quais referenciam as seguintes características:

BOMBA

• Vazão horária (requerida pela edificação)• Diâmetro das canalizações de recalque e de sucção – tipo de material de fabricação• Altura manométrica a ser atendida• Tipo centrífuga, com eixo horizontal

MOTOR

• Tensão nominal : 127 V ou 220 V•

Frequência elétrica: 60 Hz (BR)•

Potência elétrica• Rendimento

Com os valores especificados tecnicamente, consultam-se os catálogos dosfabricantes para definir o modelo da bomba disponibilizada pelo fabricante (Gráfico deseleção de bombas) e, em seguida, analisa-se as curvas características do modelo definido.


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O conjunto motor-bomba deve possuir características técnicas tais que atendam àscondições estabelecidas no dimensionamento.

Apresenta-se a seguir, Figura 3, um modelo de Gráfico para Seleção debombas para ilustrar o que foi descrito.

Figura 3: Gráfico de Seleção de Bombas (Altura manométrica (m) x Vazão (m3 por hora)


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QUESTÕESAPLICATIVAS

2 a

PARTE


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QUESTÕES APLICATIVAS

01)Certa edificação adotou o sistema de abastecimento predial do tipo indireto, com aimplantação de dois reservatórios, sendo que um será construído sobre a estrutura daescada (superior), enquanto que o outro ficará situado abaixo do nível do logradouropúblico (inferior). Deseja-se, portanto, especificar o sistema motor-bomba para recalquede água potável para esta edificação com base nas seguintes informações adicionais eem conformidade com as diretrizes contidas na NBR 5626⁄ABNT:

- Consumo diário de água potável na edificação = 25.000 litros;- Horas de bombeamento diário = 5 horas e 30 minutos;

- Trecho de sucção:

* Altura estática = 2,10 m* Comprimento real = 2,80 m* Conexões inseridas no trecho: 1 válvula de pé com crivo

2 curvas de 90º (R/D = 1,5)1 tê de saída lateral

- Trecho de recalque:

* Altura estática = 46,80 m* Comprimento real = 52,00 m* Conexões inseridas no trecho: 1 válvula de retenção, tipo leve

1 tê de saída bilateral1 curva de 90º (R/D = 1)2 cotovelos de 90º (raio longo)1 registro de gaveta aberto1 saída de canalização

- Gráfico para seleção de bombas: em anexo- Rendimento do conjunto motor-bomba = 70 %;- Material a ser empregado nas canalizações: aço galvanizado (ver catálogos de fabricantes)- Tabela relativa aos diâmetros de canalizações em aço galvanizado:


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DN REF. DE (mm) Espessura (mm)

15 1/2” 21,82 2,7520 3/4’ 27,41 2,75

25 1” 34,31 3,2532 1 ¼” 42,98 3,2540 1 ½” 48,87 3,5050 2” 61,04 3,7560 2 ½” 76,73 3,7575 3” 89,56 4,00

- Perda de carga unitária (aço galvanizado):

Onde:

Q : vazão horária, em m3⁄sDI : diâmetro interno, em metros

02) Solicita-se definir as especificações técnicas para do sistema de bombeamento de águafria que será instalado em um edifício comercial, de modo que atenda as informaçõesapresentadas a seguir e com atendimento às recomendações da NBR 5626⁄ABNT.

•

Vazão horária = 10 m3 • Horas de funcionamento da bomba = 6 horas•

Trecho da sucção:

- altura estática = 3,00 m- comprimento real = 5,00 m- peças especiais : 1 válvula de pé com crivo

1 curva de 90º (R⁄D = 1)1 redução gradual

•

Trecho do recalque:

- altura estática = 30,00 m- comprimento real = 42,00 m

- peças especiais : 1 válvula de retenção (tipo leve)1 registro de gaveta, aberto2 cotovelos de 90º (RL)1 ampliação gradual

J (m/m) = (Q/27,113xDI2,598

)1,8797


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• Rendimento do conjunto motor-bomba = 80 %• Material constituinte das canalizações e conexões: aço galvanizado• Gráfico para seleção de bombas (anexo)• Expressão para cálculo da perda de carga unitária (para aço galvanizado)

• Diâmetros comerciais para aço galvanizado


15 1/2” 21,82 2,75

20 3/4’ 27,41 2,7525 1” 34,31 3,2532 1 ¼” 42,98 3,2540 1 ½” 48,87 3,5050 2” 61,04 3,7560 2 ½” 76,73 3,7575 3” 89,56 4,00

03)Deseja-se especificar um sistema para elevação mecânica de água fria para um edifíciode natureza comercial, com base nas seguintes informações:

- Consumo diário na edificação = 18.360 litros;- Horas de funcionamento do sistema de bombeamento = 6 horas;- Rendimento do conjunto motor-bomba = 60 %;-Toda a canalização e conexões a ser utilizadas na montagem do sistema de

bombeamento serão em PVC rígido (roscável)- Utilizar a seguinte expressão no cálculo da perda de carga unitária:

J (m/m) = 0,00082411x[Q7 /(DI)19]0,25

Com:

Q : vazão horária, em m3 /sDI : diâmetro interno, em metros.

- Ver desenho dado a seguir, na escala 1:100 - Diâmetros comerciais de tubos PVC para água fria:

J (m/m) = (Q/27,113xDI2,598)1,8797


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Portanto, informar:

a)O valor da vazão horária, em litros/h, litros/s e m3 /s;b)O valor correspondente ao diâmetro da canalização de recalque e de sucção;c)O valor da altura manométrica relativo à sucção;d)O valor da altura manométrica relativo ao recalque;e)O valor da altura manométrica total;f)O valor da potência do sistema motor-bomba;g)As especificações da bomba e do motor;h)A relação de materiais a serem utilizados na instalação do sistema motor-bomba, a

partir do desenho em anexo e de catálogos específicos dos fabricantes.


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Desenho relativo ao Exercício no 03


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04)Deseja-se especificar um sistema de elevação mecânica de água potável para um prédiode apartamentos, após a análise das seguintes informações e considerando asrecomendações contidas na NBR 5626 ⁄ABNT.

* Consumo diário de água potável = 8.200 litros* Número de horas de bombeamento diário = 5 horas e 40 minutos* Rendimento do conjunto motor-bomba = 65 %* As canalizações e conexões utilizadas serão em aço galvanizado* Utilizar a seguinte expressão, no cálculo da perda de carga unitária:

• Diâmetros comerciais para aço galvanizado


15 1/2” 21,82 2,7520 3/4’ 27,41 2,7525 1” 34,31 3,2532 1 ¼” 42,98 3,2540 1 ½” 48,87 3,5050 2” 61,04 3,7560 2 ½” 76,73 3,75

75 3” 89,56 4,00

* Ver desenhos em anexo, na escala 1:50 •

Gráfico para seleção de bombas: em anexo

Portanto, informar as especificações técnicas relativas ao sistema de bombeamentode água fria a ser adquirido para esta edificação.

05)Deseja-se especificar uma bomba centrífuga para abastecimento de água fria em umedifício comercial, a partir das seguintes informações e diretrizes contidas na NBR5626⁄ABNT:

- Consumo diário de água potável = 12.800 litros- Horas de bombeamento diário = 5,5 horas- Rendimento do conjunto motor-bomba = 60 %

J (m/m) = (Q/27,113xDI2,598

)1,8797


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• Comprimento equivalente relativo ao recalque = 8,70 m

Portanto, informar as especificações técnicas relativas ao sistema de bombeamento deágua fria a ser adquirido para essa edificação.


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Desenhos referentes ao Exercício n0 04

Desenho referente ao Exercício n0 05


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Desenho referente ao Exercício n0 06


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ANEXOS


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Documents

Módulo de Água Fria 2 Bombeamento