Dimensionamento de Encanamentos em Instalações Hidráulico-Sanitárias

INSTALAÇÕES HIDRÁULICOSANITÁRIAS Curso Engenharia Civil Turma 8º Termo Profº Me Gustavo Oliveira Ferreira Email gustavoferreiraunifebedubr Dimensionamento dos encanamentos de sucção e recalque das bombas Com a finalidade de reduzir as perdas de carga nas linhas de sucção e de recalque e nestas últimas o efeito do golpe de aríete devese adotar valores relativamente reduzidos para as velocidades de escoamento do líquido Isso significa que os diâmetros podem vir a ser superiores aos das bocas de sução e de recalque das bombas sendo necessário intercalar peças de redução ligando o encanamento à bomba Para escolha do diâmetro do tubo de recalque usase a equação de Forchheimer Dr 13QX Onde Dr diâmetro nominal do encanamento de recalque em metros Q descarga da bomba em m³s h número de horas de funcionamento no período de 24 horas X h24 horas A NBR 6526 fixa como funcionamento adequado do reservatório ser suficiente para reposição total do volume destinado ao consumo diário de água em até 6 horas No caso de residências unifamiliares o tempo de reposição deve ser de até 3 horas O diâmetro do encanamento de sucção é escolhido adotandose no mínimo a bitola comercial do tubo imediatamente acima do de recalque Onde D diâmetro em metros V velocidade de recalque em ms Velocidade máxima de recalque 25 ms Determinar o valor de descarga da bomba vazão referente à capacidade da bomba e dimensionar os encanamentos de sucção e recalque do exemplo 1 anterior Exemplo 3 Com os valores de descarga da bomba e diâmetros de sucção e recalque do sistema a seguir escolher a bomba para uma instalação predial em ferro galvanizado conforme esquema representado a seguir Dados Q descarga 4351 ls D recalque 2 50 mm D sucção 2 12 63 mm Fig 129 Representação isométrica de uma instalação de bombeamento de um prédio Solução Quanto ao tipo de bomba sabemos que será uma bomba centrífuga consagrada para instalações prediais de água potável Devemos determinar a potência Pot do motor que aciona Para isso precisaremos calcular a altura manométrica correspondente à instalação A altura manométrica é calculada pela seguinte equação H hs Js vo²2g hr Jr Hs Hr Agruparemos as grandezas referentes à sucção separadamente as que se referem ao recalque porque os diâmetros são diferentes Na figura anterior a seguir vêse que hs 230 m hr 030 260 3940 160 4390 m Calcularemos os termos Hs hs Js vo²2g Hr hr Jr J perda de carga total J unitária x L comprimento total equivalente Para diâmetros acima de 50 mm 2 o professor J M de Azevedo Netto recomenda a fórmula de HanzenWilliams 19031920 ou onde C 125 aço galvanizado com costura C 130 aço soldado novo C 110 aço soldado com 10 anos de uso C 90 aço soldado com 20 anos de uso C 75 aço soldado com 30 anos de uso C 130 aço soldado com revestimento especial C 130 cobre e latão C 120130 ferro fundido após 15 a 20 anos C 100 ferro fundido após 15 a 20 anos C 90 ferro fundido usado C 125 PVC até 50 mm de diâmetro C 135 PVC de 75 e 100 mm C 140 PVC com mais de 100 mm de diâmetro C 130 cimentoamianto A NBR 56261998 sugere a adoção da fórmula de FairWhippleHsiao com J expresso em quilopascals por metro kPam Tubos rugosos açocarbono galvanizado ou não J 202 106 Q188 d488 Tubos lisos plástico cobre ou liga de cobre J 869 106 Q175 d475 J mm V ms Q ls J mm V ms Q ls DN mm Ref 100 4 75 3 60 2 12 50 2 40 1 12 32 1 14 25 1 20 34 15 12 01 001 0001 01 001 0001 Diâmetro nominal D mm pol 12 34 1 1 14 1 12 2 2 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 13 03 04 05 02 02 03 03 04 04 05 06 06 04 05 06 07 04 05 06 07 07 08 09 04 08 04 03 03 11 1 13 11 15 15 19 16 21 02 04 04 05 02 05 05 05 04 04 05 1 1 12 09 08 1 09 04 04 14 36 04 11 16 22 12 19 23 19 21 65 10 10 34 14 34 10 16 25 39 08 09 17 6 10 75 25 3 1 15 17 25 15 21 12 75 95 10 18 7 2 41 111 24 11 77 85 9 7 5 Fig 122 Perdas de cargas localizadas sua equivalência em metros de tubulação de PVC rígido ou cobre hs Altura estática de sucção hr Altura estática de recalque Portanto a potência da bomba será supondo um rendimento η 050 As Figs 130 e 131 mostram os diagramas de quadrículos das bombas Meganorm e Megaline da KSB Se for adotada uma bomba KSB Meganorm para H 6238 m Q 15688 lh 157 mh o modelo deve ser 25200 3500 rpm e para o tipo Megaline 32200 3500 rpm de acordo com as Figs 132 e 133 Fig 132 Diagrama de quadricular para a bomba KSB Meganorm Fig 133 Diagrama de quadricular para a bomba KSB Megaline 168 Noção sobre o Fenômeno de Cavitação No deslocamento de pistões de bombas alternativas em certas condições nos venturis bocais convergentesdivergentes no deslocamento de superfícies constituidas por pás nas turbomáquinas e nas hélices de propulsão ocorrem inevitavelmente rarefações no líquido isto é pressões reduzidas devido à própria natureza do escoamento ou ao movimento que as peças imprimem ao líquido Se a pressão absoluta baixar até atingir o valor da pressão de vapor ou tensão de vapor do líquido na temperatura em que este se encontra iniciase um processo de vaporização do mesmo Inicialmente nas regiões mais rarefeitas formamse bolsas bolhas ou cavidades dão o nome de cavitação no interior das quais o líquido se vaporiza Em seguida condutas pela própria corrente líquida ou pelo movimento do órgão propulsor e com grande velocidade atingem regiões de elevada pressão processandose o colapso das bolhas com a condensação do vapor e o retorno ao estado líquido As partículas líquidas formadas pela condensação chocamse muito rapidamente umas de encontro às outras e de encontro às superfícies que se antepõem ao seu deslocamento As superfícies metálicas onde se chocam as diminutas partículas resultantes da condensação são assim submetidas a uma atuação de forças complexas originadas de energia dessas partículas e que produzem erosões desagregando elementos de material de menor coesão formando então pequenas cavidades que com o prosseguimento do fenômeno dão à superfície um aspecto esponjoso rendilhado e corroído É a erosão por cavitação Os efeitos da cavitação são visíveis mensuráveis e até audíveis parecendo o crepitar de lenha seca ao fogo ou um martelamento com frequência elevada Além de provocar corrosão desgastando e até mesmo destruindo pedaços dos rotores e dos tubos de sucção junto à entrada da bomba a cavitação se apresenta produzindo queda de rendimento da bomba marcha irregular trepidação e vibração da máquina pelo deslocamento que provoca ruído provocado pelo fenômeno de implosão pelo qual o líquido se precipita nos vácuos quando a pressão circundante é superior à pressão interna dos mesmos O princípio de funcionamento de uma bomba centrífuga supõe a existência de regiões rarefeitas dorso das pás entrada do rotor entrada da bomba de modo que é possível a ocorrência da cavitação na bomba se cuidados especiais não forem levados em consideração Os cuidados a observar são decorrentes das explicações que se seguem NPSH A fim de caracterizar as condições para que occorra boa sucção do líquido nas bombas foi introduzida na terminologia das instalações de bombeamento a noção de NPSH que é necessário conhecer para que o projeto dessas instalações seja elaborado em bases modernas e de boa técnica Ao analisarmos as parcelas de energia numa instalação de bombeamento convencional vimos que a equação da conservação da energia aplicada entre a superfície livre do líquido na captação e na entrada da bomba suposta na altura do centro da bomba nos fornece 0 Hb 0 h P0 γ v²0 2g Js ou Hb h Js P0 γ v²0 2g Isso significa dizer que a energia atuante sobre a superfície do líquido por hipótese a atmosférica menos o desnível e as perdas de carga fornece o valor da energia residual disponível com que o líquido penetra na bomba e que é o termo P0 γ composto de uma parcela referente à energia de pressão P0 e outra parcela referente à energia cinética v²0 2g Os autores e as normas norteamericanas designaram pela sigla NPSH Net Positive Suction Head o valor da diferença entre a energia total absoluta P0 γ v²0 2g à entrada da bomba e a pressão de vapor h do líquido na temperatura em que está sendo bombeado NPSH disponível Hb hs Js hv Uma bomba para operar sem os riscos da cavitação necessita que o líquido possua uma energia residual mínima Essa energia requerida demandada ou melhor exigida pela bomba chamase NPSH disponível ou simplesmente NPSH da bomba como costumam chamar os fabricantes A bomba deve ter seu NPSH inferior ao NPSH disponível pela instalação para que opere em condições favoráveis de sucção isto é NPSH req NPSH disp O NPSH da bomba é calculável e determinável em ensaios de laboratório Os fabricantes em seus catálogos apresentam as curvas do NPSH das bombas de sua procedência e por eles ensaiadas Portanto NPSH requerido para Q descarga da bomba de 157 m³h é igual 5 m NPSH disponível Hb hs Js v0²2g 6238 230 188 010 NPSH disponível 5810 m Sendo assim NPSH requerido NPSH disponível Situação OK Exemplo 4 Calcular a pressão disponível PVC soldável de uma instalação de água fria que abastece as seguintes peças de utilização 1 bacia sanitária com válvula de descarga 1 ducha higiênica 1 lavatório torneira ou misturador 1 chuveiro elétrico 1 pia torneira ou misturador 1 tanque e 1 torneira de jardim A D H I J K G Peças de utilização Pesos 1 Bacia sanitária com válvula 32 1 Ducha higiênica 04 1 Lavatório torneira ou misturador 03 1 Chuveiro elétrico 01 1 Pia torneira ou misturador 07 1 Tanque torneira 07 1 Torneira de jardim 04 Para cálculo da vazão utilizar o método empírico dos pesos Q 03 ΣP Trecho Soma dos pesos Vazão estimada Diâmetro Velocidade Perda de carga unitária Diferença de cota desce sobe Pressão disponível Comprimento da tubulação Real equivalente Tubulação Pressão disponível residual Pressão requerida no ponto de utilização ls mm ms kPam m kPa kPa ls m m kPa kPa kPa AB 32 60 060 050 BC 32 50 290 290 CBS 32 38 077 077 DE 26 50 060 080 EF 26 32 345 345 FG 26 32 000 020 GDC 04 25 005 005 GH 22 25 000 040 HLV 04 25 060 060 HI 18 25 000 050 ICH 01 25 220 220 Tabela A5 Rotina para dimensionamento das tubulações Passo Atividade 1 Preparar o esquema isométrico da rede e numerar sequencialmente cada nó ou ponto de utilização desde o reservatório ou desde a entrada do cavalete 2 Introduzir a identificação de cada trecho da rede na planilha 3 Determinar a soma dos pesos relativos de cada trecho usando a tabela A1 4 Calcular para cada trecho a vazão estimada em litros por segundo com base na equação apresentada em A12 5 Partindo da origem de montante da rede selecionar o diâmetro interno da tubulação de cada trecho considerando que a velocidade da água não deva ser superior a 3 ms Registrar o valor da velocidade e o valor da perda de carga unitária calculada pelas equações indicadas em A21 de cada trecho 6 Determinar a diferença de cotas entre a entrada e a saída de cada trecho considerando positiva quando a entrada tem cota superior à da saída e negativa em caso contrário 7 Determinar a pressão disponível na saída de cada trecho somando ou subtraindo à pressão residual na sua entrada o valor do produto da diferença de cota pelo peso específico da água 10 kNm³ 8 Medir o comprimento real do tubo que compõe cada trecho considerado 9 Determinar o comprimento equivalente de cada trecho somando ao comprimento real os comprimentos equivalentes das conexões 10 Determinar a perda de carga de cada trecho multiplicando os valores das colunas 6 e 10 da planilha 11 Determinar a perda de carga provocada por registros e outras singularidades dos trechos 12 Obter a perda de carga total de cada trecho somando os valores das colunas 11 e 12 da planilha 13 Determinar a pressão disponível residual na saída de cada trecho subtraindo a perda de carga total coluna 13 da pressão disponível coluna 8 14 Se a pressão residual for menor que o requerido no ponto de utilização usar a pressão negativa repetir o passo 5 ao 13 selecionando um diâmetro interno maior para a tubulação de cada trecho Para próxima aula Dimensionar os demais trechos para os aparelhos da cozinha e área de serviço do exemplo 4 Pia tanque e torneira de jardim Bons estudos e até a próxima aula Obrigado