As bombas hidráulicas são máquinas que se destinam a mover fluidos através de tubulações pressurizadas. Para isto, convertem a energia mecânica, recebida de um motor, em energia hidráulica, na forma de pressão e energia cinética. Em geral, os sistemas de distribuição de água possuem vários conjuntos motor-bomba (CMB), seja para recalcar a água de mananciais, ou para recalcá-la a áreas elevadas e distantes.
Segundo Bezerra et al. (2010) a bomba centrífuga é o equipamento mais utilizado para transportar líquidos no saneamento, na irrigação, nos edifícios residenciais e na indústria. A bomba centrífuga movimenta o líquido, criando a força centrífuga, que se transforma em energia de pressão e cinética.
A energia cedida pela bomba ao líquido, na forma de energia por unidade de peso de fluido bombeado, denomina-se altura manométrica (Hman). Ou seja, a diferença de
determina a capacidade da bomba em transferir o líquido. A fórmula da altura manométrica está definida na Equação 2.3, sendo sua unidade dada em metros.
a r a r 2 man g g f f V H H H H H 2g (2.3) a a r r a g f r g f
Opção 1Sendo: H H H e H H H , tem-se:
2 man a r V H H H 2g a r a r g g g r f f Opção 2Sendo: H H H e H H H 2 man g f V H H H 2g Onde:
Hman: altura manométrica (m)
Hga: altura geométrica de aspiração/sucção (m).
Observação: para bombas não afogadas o sinal é positivo (+), e para bombas afogadas o sinal é negativo (-);
Hgr: altura geométrica de recalque (m); Hfa: perdas de carga na aspiração/sucção (m); Hfr: perdas de carga no recalque (m);
Ha: altura manométrica de aspiração/sucção (m);
Hr: altura manométrica de recalque (m);
Hg: altura geométrica total (m);
Hg: perda de carga total (m);
g: aceleração da gravidade (9,81 m/s2); V: velocidade na saída do recalque (m/s).
2.5.1 Redução da Altura Manométrica de Bombeamento
De acordo com Gomes et al. (2009a), a altura manométrica, assim como a vazão, são grandezas que impactam de forma diretamente proporcional na potência demandada pelo sistema de bombeamento. Deste modo, a redução da altura manométrica torna-se uma questão bastante relevante, haja vista que grande parte dos bombeamentos existentes nos
sistemas de abastecimento de água do Brasil foi projetada e construída sem que os gastos com energia fossem considerados fundamentais, já que este custo era subsidiado e a energia era mais barata e abundante que nos dias atuais. Muitas vezes, para se baratear o investimento inicial, reduzia-se o diâmetro, sem levar em conta o impacto futuro das perdas de carga.
Diante destas considerações, para reduzir as perdas de carga nos sistemas de bombeamento, Gomes et al. (2009a) sugerem algumas medidas que podem se tornar factíveis, tecnicamente e economicamente, dentre elas, tem-se: reforço ou troca das tubulações de recalque, por outras de menor aspereza e/ou maior diâmetro; limpeza ou revestimento de tubulações; eliminação de ar do sistema; substituição de peças e válvulas de controle por outras mais eficientes; redução da vazão bombeada pelo sistema, acarretando menor custo energético específico, seja devido à incorporação de suprimentos alternativos de água mais econômicos ou redução das perdas reais de água; e automação, para assegurar a confiabilidade e a racionalidade da operação.
2.5.2 Curvas Características da Bomba e do Sistema
As curvas características da bomba são representações gráficas das funções que relacionam os diversos parâmetros do funcionamento da bomba. Essas curvas são obtidas experimentalmente através de ensaios.
De acordo com Macintyre (1987), as curvas características da bomba permitem relacionar a vazão de recalque (Q) com a altura manométrica (Hman), a potência absorvida
(P) e o rendimento (η). As informações contidas nas curvas características traçadas pelos fabricantes são essenciais para o projetista escolher a bomba mais apropriada para o sistema, assim como, fazer um diagnóstico das condições de funcionamento e modo de operação da instalação elevatória.
A curva do sistema representa graficamente a altura manométrica solicitada pelo sistema de tubulação para que a água seja conduzida do ponto de sucção ao final da linha de recalque. A importância da curva do sistema é que ela permite determinar a condição de operação da bomba. Já a curva característica da bomba descreve a altura manométrica fornecida pela bomba para diferentes valores de vazão, mantendo-se a rotação da bomba constante.
A Figura 2.8 ilustra as curvas características da bomba e a Figura 2.9 ilustra a curva característica do sistema.
Figura 2.8 - Representação das curvas características da bomba
Figura 2.9 - Curva característica do sistema
Sobre a curva o sistema, Gonçalves (2009) destaca que a altura manométrica é composta pela soma de duas componentes: a altura estática e altura dinâmica. A altura estática refere-se à diferença de cota entre o ponto de sucção e de recalque, sendo, portanto, uma altura geométrica. No caso da altura dinâmica, essa é composta pelo somatório das perdas de carga dos sistemas de tubulações e acessórios, tendo uma variação com o quadrado da vazão bombeada. Segundo Andrade Filho (2012), a curva do sistema é a representação gráfica da Equação 2.3, podendo ser considerada Hman = Hg + f(V2) = Hg +
f(Q2), o que indica que a altura manométrica é uma função quadrática da vazão.
De acordo com Gonçalves (2009), o ponto de trabalho de um sistema de bombeamento é definido por suas curvas características, que por sua vez descrevem a relação entre as variáveis “altura manométrica” e “vazão bombeada”. Uma vez conhecidas as curvas características do sistema e da bomba, ao ajustá-las em um mesmo gráfico “altura manométrica versus vazão”, o ponto de intersecção entre as duas curvas indica o ponto de trabalho, isto é, as condições de pressão e vazão com as quais a bomba irá operar. Na Figura 2.10 é apresentada a curva da bomba e do sistema, assim como o ponto de trabalho.
Figura 2.10 - Determinação do ponto de trabalho de bombas hidráulicas
Vazão (Q) Hman f(Q2) Hg 0 Hg Hman, P e η Vazão (Q) 0 Vazão (Q) Hman Ponto de Trabalho Qt Ht
Os valores Ht e Qt caracterizam o ponto de trabalho da bomba, que é a condição
de equilíbrio natural do conjunto sistema-bomba. Só é possível operar em outro ponto de trabalho por meio de modificações em uma ou ambas as curvas. Caso uma mesma bomba seja instalada em sistemas diferentes de tubulações, o ponto de trabalho da bomba não será o mesmo.