Estações Elevatórias de Esgoto - Dimensionamento e Equipamentos NBR 12208

Sistema de Esgotamento Sanitário Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 6 Estações Elevatórias de Esgoto 2 Introdução 3 Estações Elevatórias de Esgoto EEE São instalações destinadas a transferir os esgotos de um ponto de cota normalmente mais baixa a outro de cota normalmente mais elevada em diversas partes do SES Utilizadas sempre que não for possível ou viável por razões técnicas ou econômicas o escoamento de esgoto por gravidade Dimensionamento conforme NBR 12208 Projeto de Estações Elevatórias de Esgoto Sanitário Introdução 4 Equipamento eletromecânico Bomba Motor Tubulações Sucção Barrilete Recalque Construção civil Poço de sucção Casa de bombas Introdução BOMBAS CINÉTICAS BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO Introdução CENTRÍFUGAS Fluxo radial Fluxo misto Fluxo axial Rendimento Custo BOMBAS CINÉTICAS Periféricas Estágio único Estágio múltiplo Especiais Ejetor pneumático Ar comprimido Carneiro hidráulico BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO Alternativas Pistão Êmbolo Diafragma Rotativas Rotor simples Palheta Pistão Elemento Flexível Parafuso Rotor múltiplo Engrenagem Rotor lobular Pistão oscilatório Parafuso Introdução Classificação de acordo com a disposição do conjunto motorbomba Localização da bomba em relação ao nível de água Bomba afogada Bomba não afogada Introdução Conjunto de eixo horizontal Conjunto de eixo vertical Conjunto motorbomba submerso Auto escorvante Eixo prolongado Bomba submersa Introdução 9 Recalque de esgoto com bombas centrífugas ESGOTO Líquido contendo materiais particulados 70mm de diâmetro Indicado Rotor aberto Bocas de inspeção junto à sucção e recalque para permitir limpezas Bombas com abertura superior a 100 mm Bombas afogadas exceto as autoescorvantes para permitir funcionamento sem necessidade de escorvar dispensa de válvula de pé e condições de automatização Introdução Potência hidráulica Trabalho realizado sobre o líquido ao passar pela bomba em um segundo PH γ Q Hm PH Potência hidráulica kW Nms γ Peso específico da água Nm3 Q Vazão m³s Hm Altura manométrica total m Para que o líquido receba a potência requerida PH a bomba deve receber uma potência superior à potência hidráulica pois há perdas no interior da bomba Eficiência ou Rendimento da bomba ηB PH PB Potência da bomba PB Potência consumida pela bomba kW Nms Potência requerida pela bomba ao motor Potência nominal do motor PB PH ηB Eficiência ou Rendimento do motor ηM PB P PB Potência que o motor transmite P Potência que o motor recebe da fonte de energia Potência do conjunto motorbomba P PB ηM PH ηB ηM γ Q Hm ηB ηM PUC Minas Virtual Introdução linha de carga linha piezométrica motor bomba referência Introdução Potência motriz potência do conjunto motorbomba potência fornecida pelo motor para que a bomba eleve uma vazão Q a uma altura H P γ Q H η P potência do conjunto motorbomba em Kgfms γ peso específico do líquido Q vazão em m³s H altura manométrica em m η rendimento total ηb ηm Tabela VI1 Rendimentos hidráulicos aproximados das bombas centrífugas Q ls 50 75 10 15 20 25 30 40 50 80 100 200 hb 55 61 64 68 72 76 80 83 85 86 87 88 Tabela VI2 Rendimentos mecânicos médios CV 1 2 3 5 6 75 10 15 72 75 77 81 82 83 84 85 CV 20 30 40 60 80 100 150 250 86 87 88 89 89 90 91 92 Introdução Potência motriz potência do conjunto motorbomba potência fornecida pelo motor para que a bomba eleve uma vazão Q a uma altura H P γ Q H η P potência do conjunto motorbomba em Kgfms γ peso específico do líquido Q vazão em m³s H altura manométrica em m η rendimento total ηb ηm Tabela VI1 Rendimentos hidráulicos aproximados das bombas centrífugas Q ls 50 75 10 15 20 25 30 40 50 80 100 200 hb 55 61 64 68 72 76 80 83 85 86 87 88 Tabela VI2 Rendimentos mecânicos médios CV 1 2 3 5 6 75 10 15 72 75 77 81 82 83 84 85 CV 20 30 40 60 80 100 150 250 86 87 88 89 89 90 91 92 Introdução 14 À medida que se afasta do par ótimo QH rendimento cai Cada bomba Par QH máximo rendimento CURVA SO SISTEMA 15 Curva do sistema Quanto maior a vazão que passa pelo sistema maiores as perdas de carga maior será a altura manométrica requerida pelo sistema 𝐻𝑚 𝐻𝑔 𝐻 Curva da bomba x sistema Apesar de uma bomba poder trabalhar dentro de uma ampla faixa de valores determinados pela sua curva característica tem sua operação definida em função da altura geométrica e perda de carga total Assim a interseção da curva da bomba CB com a curva do sistema CS é o ponto de operação da bomba CURVA SO SISTEMA 16 Escolha do diâmetro Avaliação de custo Fórmula de Bresse kB 07 à 16 e adotase por segurança 12 para funcionamento contínuo 𝑫𝒆𝒄𝒐𝒏ô𝒎𝒊𝒄𝒐 𝒌𝑩 𝑸 Q m³s Cavitação CAVITAÇÃO Causas Queda da pressão abaixo da pressão de vapor Formação de bolhas Implosão das bolhas quando levadas à uma região de alta pressão Efeitos Desgaste do rotor Queda de rendimento Aumento da potência de eixo Vibração Ruído 17 Cavitação Bernoulli 01 𝑧0 𝑝𝑎𝑡𝑚 𝛾 𝑧1 𝑝1 𝛾 𝑣12 2𝑔 𝐻𝑠𝑢𝑐 𝐻𝐿𝑃 𝑧1 𝑧0 𝐻𝑠 Altura de Sucção 𝑝1 𝛾 𝑝𝑎𝑡𝑚 𝛾 𝐻𝑠 𝑣12 2𝑔 𝐻𝑠𝑢𝑐 𝐻𝐿𝑃 Condição Limite para início da cavitação 𝑝1 𝛾 𝑝𝑣 𝛾 Pressão mínima admissível na entrada da bomba 𝐻𝑠 𝑝𝑎𝑡𝑚 𝛾 𝑝𝑣 𝛾 𝑣12 2𝑔 𝐻𝑠𝑢𝑐 𝐻𝐿𝑃 Sucção máxima perdas nulas aproximadamente 8m 18 Cavitação Pressão de vapor Hv Tabela em função da temperatura Considerar a densidade na temperatura para cálculo da carga de pressão de vapor 𝐸𝑥 𝑝𝑣 07149 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2à 90 𝐶 𝐻𝑣 𝑝𝑣 𝛾 07149981 104 09659810 740𝑚 19 Cavitação NPSH Net Positive Suction Head Separar os termos utilizados para definir a altura de sucção entre parâmetros que dependem da instalação e parâmetro que dependem da máquina 𝑣12 2𝑔 𝐻𝐿𝑃 𝑝𝑎𝑡𝑚 𝛾 𝐻𝑠 𝑝𝑣 𝛾 𝐻𝑠𝑢𝑐 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟𝑒𝑞 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝 Define a carga de energia que a bomba precisa para succionar o fluido sem cavitar 20 Associação de Bombas Associação de Bombas Objetivo Expansão do sistema Maior flexibilidade Segurança operacional Indisponibilidade de bombas Envelhecimento das tubulações Situações de emergência 21 Associação de Bombas Associação em Paralelo aumentar a vazão do sistema Associação em carcaças diferentes para uma mesma altura somamse as vazões 22 B1 B2 Q3 Q3 Q2 2Q3 𝐵1 𝐵2 Associação de Bombas Associação em Paralelo 23 Associação de Bombas Associação em Série aumentar a pressão do sistema Associação em carcaças diferentes para uma mesma vazão somamse as alturas 24 𝐵1 𝐵2 B1 B2 Q2 H3 Q2 H3 Associação de Bombas Associação em Série 25 POÇO DE SUCÇÃO 26 Evitar vórtices manter submergência mínima Espaço com folga para posicionamento de bombas tubulações etc O volume deve ser o menor possível para não resultar tempo elevado de detenção de esgoto TDH 30 min vazão média no início de plano ou etapa função do volume efetivo entre o fundo do poço e o nível médio de operação Menor o volume mais frequentes são as partidas e paradas das bombas vazão máxima no final de plano ou etapa devendo ser respeitado o tempo de ciclo mínimo evitar superaquecimento dos motores função do volume útil Devese dimensionar o volume útil entre NAmin e NAmax para operação normal de bombas POÇO DE SUCÇÃO 27 V 𝑄 𝑇 4 11 reserva V 𝑄 𝑇 8 11 Ambas funcionado de forma intercalada Em que V é o volume mínimo do poço de sucção Q é a capacidade da bomba T é o intervalo entre duas partidas tempo de ciclo em segundos 𝑉𝑢 1 4 𝑄𝑇 𝑉𝑒 𝑄𝑚𝑇𝑑 𝑉𝑒 𝑄𝑚𝑥30min Em que Qm Vazão média de projeto início de operação Td é o tempo de detenção do poço POÇO DE SUCÇÃO tempo de detenção máximo de 30 min para vazão média de início de plano ou etapa Controle de Sulfetos Oxigênio Nitrato de amônio dosagem média de nitrato 125 mgl elevatórias de Santos atualmente H2O2 POÇO DE SUCÇÃO Q capacidade da bomba m³s Qa vazão afluente ao poço m³s QaQ bomba permanece ligada Qa0 bomba permanece desligada QaQ2 resulta intervalo mínimo entre partidas T tempo de ciclo s Intervalo de tempo entre duas partidas sucessivas de uma bomba depende da potência do motor da bomba Potência Tempo de ciclo T até 20 Hp 10 min 20 a 100 Hp 15 min 100 a 250 Hp 20 a 25 min 250 Hp Consulta aos fabricantes consultar sempre POÇO DE SUCÇÃO a Sequência I B3 Bomba Reserva OBS A Bomba reserva se alterna a cada ciclo Nível 2 Liga B2 Nível 1 Liga B1 Desliga B2 Nível 0 Desliga B1 b Sequência II Nível 3 Liga B2 Nível 1 Liga B1 Nível 2 Desliga B2 Nível 0 Desliga B1 c Sequência III Nível 2 Liga B2 Nível 1 Liga B1 Nível 0 Desliga B1 e B2 EXEMPLO 31 Etapas de Implantação da Elevatório A construção civil da elevatória para atender todo o horizonte de projeto será executada no início de plano Os conjuntos motorbomba serão etapalizados sendo que inicialmente serão instalados 3 conjuntos motorbomba para atender até a 1º etapa sendo 2 conjuntos funcionando normalmente e 1 conjunto de reserva A partir de 2028 será instalado o 4 conjunto motor bomba Também neste caso 1 conjunto será de reserva Desnível geométrico Cota do NAmax 76407 m Cota do NAmin 76307 m Cota de lançamento 77349 m Escolha do diâmetro Velocidade mínima de 060 ms Velocidade máxima de 30 ms Diâmetro adotado estudo econômico 500 mm recalque e 300 mm barrilete Rugosidade f 002 Eq Universal Descrição Ano Média Máxima Início de plano 2018 9618 13644 1ª Etapa 2028 16385 24316 2ª Etapa 2038 21568 31676 Vazões Ls Peça qtd DN k Curva 90 2 300 04 Válvula de gaveta 1 300 02 Válvula de retenção 1 300 25 Tê saida de lado 1 300 13 Tê passagem direta 3 500 06 curva 45 1 500 02 Curva 90 2 500 04 1 Saída 1 500 1 Perda de Carga Localizada EXEMPLO 32 Curva Característica da Bomba Escolhida Descrição Ano Média Máxima Início de plano 2018 9618 13644 1ª Etapa 2028 16385 24316 2ª Etapa 2038 21568 31676 Vazões Ls Vazão Ls Altura Manométrica m 0 198 20 174 40 160 60 147 80 136 100 122 120 106 140 90 160 72 180 55