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6. Bombas e estações elevatórias
6.1. Generalidades →→→→ a maioria dos sistemas de abastecimento, nos dias atuais, possuem um ou vários conjuntos de bombas, seja para recalcar a água de mananciais de superfície ou de poços, seja para recalcá-las a pontos distantes ou elevados ou para repor a capacidade de adução de adutoras.
- Os sistemas que funcionam inteiramente por gravidade escasseiam-se cada vez mais, apesar das seguintes vantagens:
a) evitam as despesas com energia; b) independem de falhas e interrupções no fornecimento de energia; c) facilitam a operação e manutenção com a inexistência de equipamentos mecanizados; d) eliminam o ônus adicional representado pelo pessoal e material necessários à operação e manutenção de estações elevatórias, etc.
- A localização de muitas cidades em cotas bastante elevadas em relação aos mananciais próximos, ou a enorme distância dos mananciais que se encontram em posição mais alta que a cidade, constituem obstáculos à adoção de sistemas quem funcionam por gravidade.
6.2. Classificação geral das bombas
a) Bombas cinéticas: − centrífugas (fluxo radial, misto e axial); − periféricas (estágio único e estágios múltiplos); − especiais (de ejetor, de injeção de gás, de aríete hidráulico e eletromagnética).
b) Bombas de deslocamento direto: − com movimento alternado (de pistão, de êmbolo, de diafragma); − com “blow case” (de rotor único – de palheta, de pistão, de membro flexível, de parafuso); − com movimento rotativo (de rotor múltiplo – de engrenagem, de lóbulo, de pistão circunferencial, de parafuso)
Obs.: Atualmente, há um predomínio quase total das bombas centrífugas da citada classificação em sistemas públicos de abastecimento de água, razão pela qual serão as únicas a serem estudadas.
6.3. Bombas centrífugas →→→→ para atender ao seu grande campo de aplicação, as bombas centrífugas são fabricadas nos mais variados modelos:
- As bombas de fluxo radial são as denominadas centrífugas propriamente ditas. A água penetra na bomba por uma entrada junto ao eixo do rotor, sendo daí dirigida para a periferia a grande velocidade, graças à força centrífuga gerada pelo rotor em movimentação.
As bombas de fluxo radial destinam-se ao recalque de líquidos em geral a posições elevadas. São os tipos de uso comum em captações com grande recalque, em elevatórias situadas junto a estações de tratamento ou a reservatório, torres e ainda, em estações de reforço de pressão. Quando a pressão a ser gerada for muito elevada, as bombas centrífugas podem Ter dois ou mais rotores fechados; são as bombas de duplo ou múltiplo estágio. A água que sai do primeiro rotor é conduzida para o segundo rotor, de onde sai com a pressão aumentada.
- Na bomba de fluxo axial, a movimentação da água faz-se no sentido do eixo do rotor. Este se assemelha a uma hélice, sendo por isso conhecida também por bomba de hélice. Sua aplicação é reservada ao bombeamento de grandes vazões e reduzidas alturas. É utilizada, freqüentemente, em captações de água de mananciais de superfície com pequena altura de elevação.
- As bombas de fluxo misto combinam princípios das bombas radiais e axiais. O caminhamento da água é helicoidal. As bombas de eixo prolongado para a extração de água de poços profundos são geralmente do tipo de fluxo misto e quase sempre de vários estágios.
6.3.1. Grandezas características →→→→ a definição ou escolha de uma bomba centrífuga é feita essencialmente através de vazão de bombeamento e da altura manométrica total capaz de ser produzida pela bomba a essa vazão. Outras grandezas também consideradas são a altura manométrica de sucção, a rotação, a potência absorvida e a eficiência.
a) Altura manométrica total (Hman) → corresponde ao desnível geométrico (Hg), verificado entre os níveis da água na tomada e na chegada, acrescido de todas as perdas localizadas e por atrito que ocorrem nas peças e tubulações, quando se recalca uma vazão Q. Estas podem ser desdobradas em perdas na sucção (hfsuc) e perdas no recalque (hfrec). Hman = Hgs + Hgr + hLs + hLr + hs + hr.
hfr NA
Hman total Hgr
Hman suc Hgs NA hfs
- Em conseqüência, a altura manométrica total pode ser desdobrada em duas parcelas a saber:
H = altura manométrica (m); γ = peso específico da água (kgf/ m^3 ); K = 75 = fator de compatibilização de unidades.
e) Velocidade ou número de rotações por minuto → cada modelo de bomba centrífuga é projetado para trabalhar uma determinada velocidade, que lhe é fornecida pelo motor.
− Os motores síncronos têm sua velocidade definida por:
r.p.m. =
- f n
; f = freqüência da corrente (60hz), n = número de pólos.
− Os motores de indução (assíncronos) geralmente usados nas bombas centrífugas apresentam uma pequena diferença (3 a 5%) na velocidade calculada pela fórmula.
f) Potência absorvida pela bomba (CV) é determinada através da expressão:
P =
Q Hman b
; η b = eficiência da bomba.
Tratando-se de água com peso específico igual a 1 kgf / m^3 , utiliza-se a fórmula:
P =
Q Hman b
; Q (l/s), Hman (m) , P (CV).
g) Altura de sucção da bomba → os cálculos relativos a sucção de uma bomba envolvem:
− pressão barométrica local, pa; − pressão de vapor d’água, à temperatura do líquido, pv; − altura geométrica de sucção, Hg; − perdas de cargas hidráulicas na tubulação e nas peças utilizada na sucção, hfs; − uma caraterística particular de cada bomba, variável com a vazão de bombeamento, conhecida por “net positive suction head”, NPSH (carga líquida positiva de sucção).
− Esses valores, expressos em altura de coluna d’água (m), relacionam-se através da seguinte expressão:
Pa = Hg + pv + Σhfs + NPSH ou NPSH = (pa – pv) – (Hgs + Σhfs) ou ainda NPSH = (pa – pv) – Hmans → chamado de NPSH disponível.
− Nesta fórmula, (pa – pv) será conhecida em cada local em função da altitude e da temperatura da água.
− Verifica-se então que se o NPSH for alto, Hman.suc deverá ser baixo, isto é, Hg ou Σhfs, ou ambos, deverão ser baixos.
− NPSH disponível > 1,2 NPSH requerido e no mínimo NPSH requerido + 0,50m.
− O valor do NPSH requerido é tirado do catálogo do fabricante.
Obs.: Caso o NPSHd < NPSHr, ocorrerá no interior da bomba o fenômeno denominado de cavitação, que consiste na formação de bolhas de vapor d’água que circulando em alta velocidade e se chocando com o rotor e carcaça danifica- os.
6.3.2. Curvas características das bombas →→→→ as bombas centrífugas são capazes de trabalhar com sensível variação de vazão, de pressão e de rotação. As curvas características destas máquinas permitem relacionar a vazão recalcada com a pressão gerada, com a potência absorvida, com o rendimento e, às vezes, com a altura máxima de sucção. De modo geral, as curvas têm o aspecto do apresentado:
Rendimento Hman Potência (%) (m) Rendimento (CV) 80 160
60 120 H - Q 100 40 80 80 P - Q 20 40 60 40 0 20 20 0 0 400 800 1200 1600 2000 2400
− Tipos de curvas características → de acordo com a forma que assume ao variar a altura manométrica com a vazão.
H H H
(a) (b) (c) Q Q Q
a) rising → a medida que a vazão diminui, a altura manométrica aumenta.
b) steep → é uma curva do mesmo tipo de a), mostrando grande diferença de altura manométrica para diferentes valores de vazão.
