Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios
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ELEVATÓRIOS
Tiago Panizzon
SISTEMAS DE
BOMBEAMENTO OU
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Nos escoamentos por gravidade há o aproveitamento da energia
potencial de posição para o transporte da água.
Porém, em muitos casos, não há esta disponibilidade de cotas
topográficas, sendo necessário transferir energia para o líquido
através de um sistema eletromecânico.
SISTEMAS ELEVATÓRIOS
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APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Abastecimento e tratamento da água
Captação da água de lagos, rios e barragens
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Abastecimento e tratamento da água
Extração de água de poços Adução por bombeamento
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Abastecimento e tratamento da água
Dosagem de produtos químicos
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Abastecimento e tratamento da água
Lavagem de filtros em ETA
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Abastecimento e tratamento da água
Aumento de pressão ou de vazão através de bombas de reforço
(Sistema de transferência d’água em instalações prediais e
residenciais)
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Transposição de bacias
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Sistema de irrigação e drenagem
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Esgotamento sanitário
São projetados para funcionar por gravidade, com condutos
operando com seção parcialmente tomada pelo líquido.
Nas áreas de topografia muito plana, encontra-se um sério
problema em função da necessidade do rebaixamento excessivo
d a s c a n a l i z a ç õ e s, o que acarreta grande elevação dos custos e
implantação.
Nestes casos, torna-se necessário o bombeamento.
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Esgotamento sanitário
Bombeamento do esgoto para a recuperação de cota em redes
de coleta
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Esgotamento sanitário
Bombeamento do esgoto para o nível do coletor público
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Esgotamento sanitário
Bombeamento do esgoto bruto em ETE
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Esgotamento sanitário
Bombeamento do esgoto tratado
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Afastamento das águas pluviais
Deflúvio super ficial lento e dificultado ou em regiões muito
baixas – para evitar inundações
APLICAÇÕES DOS SISTEMAS
ELEVATÓRIOS
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Um sistema elevatório é constituído por uma ou mais
tubulações, pelas conexões e dispositivos auxiliares e por
uma ou mais bombas, acopladas em série ou em paralelo.
Os sistemas elevatórios podem ser de sucção (aspiração)
ou de recalque (elevação ou compressão).
A sucção e o recalque trabalham em regime permanente
uniforme, i.e., com vazão e velocidade média constantes.
Assim, para os cálculos, utilizam-se as equações de
Bernoulli e da continuidade.
SISTEMAS ELEVATÓRIOS
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Os sistemas elevatórios são compostos por:
Tubulação de sucção – constituída pela canalização que liga o
reservatório inferior à bomba, incluindo peças especiais e
acessórios
Conjunto elevatório – que é constituído
motores elétricos
por uma ou mais
ou a combustãobombas e
interna
respectivos
Tubulação de recalque – constituída pela canalização que liga
a bomba ao reservatório superior, incluindo peças especiais e
acessórios
SISTEMAS ELEVATÓRIOS
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SUCÇÃO E RECALQUE
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Na casa de bombas ou salão das máquinas são instalados os
os equipamentosconjuntos elevatórios e, na maioria dos casos,
elétricos como cabines de comando, chaves de par tida e proteção
dos motores, e os instrumentos para leitura de medições elétricas ou
hidráulicas.
Suas dimensões dependem das grandezas hidráulicas envolvidas
(volume a ser bombeado, altura de elevação, etc.). Devem ser
projetados de modo que se tenha relativa folga, permitindo a livre
circulação dos operadores e a fácil realização de manutenção.
CASA DE BOMBAS/SALÃO DE MÁQUINAS
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Acessórios especiais
Válvula de pé - É uma válvula de retenção que se instala na
extremidade inferior da tubulação de sucção, quando a bomba está
localizada acima do nível de água do poço, com o objetivo de
impedir o retorno do líquido quando a bomba para de funcionar . Ela
assegura a passagem de água somente em direção à bomba e
permite que as tubulações de sucção mantenham-se sempre cheias
(escorvadas), mesmo quando a bomba for paralisada.
Caso contrário, a depressão criada
na entrada da bomba pode não ser
suficiente para recalcar o líquido e a
bomba trabalha vazia, sem fazer o
recalque.
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
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Acessórios especiais
C r i v o - as válvulas de pé vêm, geralmente, acompanhadas de um
crivo destinado a reter corpos estranhos. O crivo tem a
finalidade de impedir a entrada de partículas sólidas no interior
da bomba.
Partículas de areia ou outros materiais em suspensão na água,
que se alojam no dispositivo de vedação como, ainda, o
desgaste, corrosão ou incrustações, podem prejudicar o
fechamento per feito da válvula.
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
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Acessórios especiais
V á l v u l a de r e t e n ç ã o– tem como objetivo evitar o retorno do líquido,
na linha de recalque ; elas permitem a passagem da água numa só
direção. São instaladas na t u b u l a ç ã o de r e c a l q u e para que, numa
inesperada paralisação do bombeamento, o golpe causado pelo
retorno da água não cause danos ao conjunto, forçando a bomba a
girar em sentido contrário, como uma turbina, arrastando consigo o
motor de acionamento.
São fabricadas em ferro fundido
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
ou aço. Podem
com um bypass
para
vir equipadas
de pequeno
diâmetro, permitir o
daenchimento da bomba e
tubulação de sucção por ocasião
da escorva.
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Acessórios especiais
Válvula/registro gaveta –
para c o n t r o l e de v a z ã o,
elevatórias. Os tipos mais
são válvulas de abertura/fechamento,
utilizadas normalmente em estações
comuns têm carcaça de ferro fundido,
sendo, as partes internas, como a haste e os anéis de vedação, de
liga de cobre (latão ou bronze).
Nas instalações normais de
bomba centrífuga, essa válvula é
colocada na tubulação de saída
ou de recalque, imediatamente
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
após a válvula de
Emprega-se, também,
retenção.
este tipo
de válvula na tubulação de
entrada (sucção) das
afogadas.
bombas
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Acessórios especiais
Redução excêntrica – é a peça que se adapta à tubulação de
sucção, geralmente de maior diâmetro, à entrada da bomba, de
menor diâmetro. A excentricidade
finalidade de evitar o acúmulo de
entrada da bomba.
exigida nesta
bolhas de ar
peça tem a
na seção de
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
Redução excêntrica
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M o t o r de a c i o n a m e n t o – tem a finalidade de fornecer energia
mecânica às bombas. A fonte de energia dos motores,
normalmente é elétrica, podendo-se utilizar também motores
de combustão. A união entre a bomba e o motor é realizada
por luva elástica ou por meio de eixo rígido, do tipo
monobloco.
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
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Acessórios especiais
M anômet ros e vacuômet ros - são conectados, respectivamente,
junto à saída e à entrada da bomba, através de uma tubulação
de diâmetro reduzido.
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
Quando em
indicação
refere-se
escoamento, a
do manômetro
alturaà
manométrica desenvolvida
pela bomba, na vazão que
estiver sendo recalcada.
![Page 28: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/28.jpg)
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
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1. Tubulação de
sucção
2. Tubulação de
recalque
3. Bomba
4. Motor de
acionamento
5. Válvula de pé
com crivo
6. Válvula de
retenção
7. Registro gaveta
8. Redução
excêntrica
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO ELEVATÓRIA
TÍPICA
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As bombas
máquinas
são máquinas operatrizes hidráulicas, ou seja,
que recebem energia mecânica de motores,
transformando-a em energia hidráulica sob forma cinética e/ou
de pressão, a fim de possibilitar o transporte e/ou elevação dos
fluidos de um ponto a outro.
BOMBAS
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O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia
hidráulica e o recurso para cedê-la ao líquido, aumentando sua
pressão e/ou sua velocidade, permitem classificar as bombas em:
e
também conhecidas como de
TIPOS DE BOMBAS
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BOMBAS
CinéticasDeslocamento
positivo
Centrífugas Regenerativas Especiais
Radiais
Mistas
Axiais
Rotativas Alternativas
Engrenagens
Palhetas
Pistões
Parafusos
Lóbulos
Êmbolos
Diafragma
Pistões
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Nas Bombas Volumétricas/Deslocamento Positivo , a movimentação
do fluido é causada diretamente pela ação do órgão de impulsão da
bomba que obriga o fluido a executar o mesmo movimento a que
está sujeito este impulsor (êmbolo, engrenagens, lóbulos, palhetas).
Esta ação de propulsão que faz incrementar a energia de pressão.
Dá-se o nome de volumétrica porque o fluido, de forma sucessiva,
ocupa e desocupa espaços no interior da bomba, com volumes
conhecidos.
BOMBAS VOLUMÉTRICAS
![Page 34: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/34.jpg)
As Bombas Volumétricas dividem-se em:
a) Alternativas (pistão, diafragma ou membrana);
BOMBAS VOLUMÉTRICAS ALTERNATIVAS
![Page 35: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/35.jpg)
b) Rotativas (engrenagens, lóbulos, palhetas, helicoidais, fusos,
parafusos, peristálticas).
BOMBAS VOLUMÉTRICAS ROTATIVAS
![Page 36: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/36.jpg)
BOMBA CENTRÍFUGA
![Page 37: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/37.jpg)
A) Corpo (carcaça), que envolve o rotor, acondiciona o fluido, e
direciona o mesmo para a tubulação de recalque.
COMPONENTES DE UMA BOMBA
CENTRÍFUGA
Descarga
Carcaça
Alimentação
![Page 38: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/38.jpg)
B) Rotor (impelidor), órgão móvel que fornece energia ao fluido.
Constitui -se de um disco provido de pás (palhetas) que impulsiona,
movimenta o fluido. É responsável pela formação de uma depressão
COMPONENTES DE UMA BOMBA
CENTRÍFUGA
Rotor
Alimentação
Descarga
no seu centro para aspirar o fluido e de uma sobrepressão na
periferia para recalcá-lo.
![Page 39: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/39.jpg)
C) Eixo de acionamento, que transmite a força motriz ao qual
está acoplado o rotor, causando o movimento rotativo do mesmo.
COMPONENTES DE UMA BOMBA
CENTRÍFUGA
Descarga
Eixo
Alimentação
![Page 40: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/40.jpg)
D) Difusor ou voluta: canal de seção crescente
à tubulação
que recebe o
fluido vindo do rotor e o encaminha de recalque.
Possui seção crescente
de transformar
no sentido
a energia
do escoamento com a
definalidade
pressão.
cinética em energia
COMPONENTES DE UMA BOMBA
CENTRÍFUGA
Difusor
![Page 41: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/41.jpg)
Finalidade - converter a energia de uma fonte motriz principal
(um motor elétrico ou turbina), primeiramente em energia
cinética (aumento da velocidadedo
energia de pressão (aumento da
fluido), e, depois, em
pressão do fluido em
escoamento).
As transformações de energia acontecem em virtude de duas
partes principais da bomba: o impulsor/rotor e a
voluta/difusor.
O rotor ou impulsor é a parte giratória
energia do motor em energia cinética.
A voluta ou difusor, é a parte estacionária
energia cinética em energia de pressão.
que converte a
que converte a
BOMBAS CENTRÍFUGAS
![Page 42: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/42.jpg)
O líquido entra no bocal de sucção e, logo em seguida, no centro
do impulsor. Quando o impulsor gira, ele imprime uma rotação ao
líquido, proporcionando-lhe uma aceleração centrífuga, jogando o
fluido para a periferia do difusor.
Cria-se uma região de baixa pressão na entrada do impulsor,
fazendo com que o fluido seja succionado, estabelecendo-se um
fluxo contínuo.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
Como as lâminas do
impulsor são curvas, o
fluido é impulsionado
nas direções radial e
tangencial pela força
centrífuga.
![Page 43: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/43.jpg)
A energia criada pela força centrífuga é energia cinética.
A quantidade de energia fornecida ao líquido é proporcional à
velocidade na extremidade, ou periferia, da hélice do impulsor.
Quanto mais rápido o impulsor move-se, ou quanto maior é o
impulsor, maior será a velocidade do líquido na hélice, e tanto
maior será a energia fornecida ao líquido.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
![Page 44: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/44.jpg)
Esta energia cinética do líquido, ganha no impulsor, tende a
diminuir pelas resistências que se opõem ao fluxo.
Uma das resistências é criada pela carcaça da bomba, que reduz
a velocidade do líquido.
Outro dispositivo que reduz a energia
BOMBAS CENTRÍFUGAS
cinética
aumento
com que
é a voluta/difusor, pois há um
progressivo de área, fazendo
aumentohaja um consequente
na pressão
alta pressão
transporte do
(Teorema de Bernoulli) . Esta
pelo
das
gerada
fluido e
é responsável
pelo atendimento
condições desejadas de processo.
![Page 45: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/45.jpg)
CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS
CENTRÍFUGAS
![Page 46: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/46.jpg)
Existem diferentes classificações para as bombas centrífugas. A
seguir estão algumas destas classificações:
Quanto à altura manométrica
Quanto à vazão de recalque
Quanto à direção do escoamento do líquido no interior da bomba
Quanto à estrutura do rotor
Quanto ao número de rotores
Quanto ao número de entradas
Quanto à admissão do líquido na entrada da bomba
Quanto à posição de saída
Etc...
BOMBAS CENTRÍFUGAS
![Page 47: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/47.jpg)
Quanto à altura manométrica:
a) De baixa pressão: Hman ≈ 15 mca
b) De média pressão: 15 < Hman < 50 mca
c) De alta pressão: Hman > 50 mca
Quanto à vazão de recalque:
a) De pequena vazão: Q ≈ 50 m³/hora
b) De média vazão: 50 < Q < 500 m³/hora
c) De alta vazão: Q > 500 m³/hora
BOMBAS CENTRÍFUGAS
![Page 48: Aula 6 - 1ª Parte - Sistemas Elevatórios](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042721/56d6bee41a28ab30169400cc/html5/thumbnails/48.jpg)
Em função da direção do movimento do fluido dentro do
rotor, estas bombas dividem-se em:
a) Centrífugas Radiais (puras)
b) Centrífugas de Fluxo Axial (helicoidais)
c) Centrífugas de Fluxo Misto (hélico-centrífugas)
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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a) Centrífugas Radiais (puras)
A movimentação do fluido se dá do centro para a periferia
do rotor, no sentido perpendicular ao eixo de rotação. Este
tipo de bomba hidráulica é o mais usado no mundo,
principalmente para o transporte de água. São
paraempregadas para pequenas e médias descargas e
qualquer altura manométrica.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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As bombas centrífugas de fluxo radial destinam-se ao recalque
de líquidos, em geral, a posições mais elevadas. São os tipos de
uso comum em captações com grande recalque, em elevatórias
situadas junto às estações de tratamento ou a reservatórios/
torres e, ainda, em estações de reforço de pressão (boosters).
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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b) Centrífugas de Fluxo Axial (helicoidais)
O fluido entra no rotor na direção axial e sai também na direção
axial. Assim, o movimento do fluido ocorre paralelo ao eixo de
rotação. São especificadas para grandes vazões (dezenas de
m³/s) e médias alturas (até 40 m).
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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As bombas centrífugas de fluxo axial são reservadas ao
bombeamento de grandes vazões e reduzidas alturas
manométricas. É utilizada, frequentemente, em c a p t a ç õ e s de
á g u a de m a n a n c i a i s de s u p e r f í c i e com pequena altura de
elevação.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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c) Centrífugas de Fluxo Misto (hélico-centrífugas)
O movimento do fluido ocorre na direção inclinada
grandes(diagonal) ao eixo de rotação. Utilizadas para
vazões e pequenas e médias alturas
Fabricação bastante complexa.
manométricas.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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As bombas de fluxo misto combinam princípios das bombas
radiais e axiais. O caminhamento da água é helicoidal. Na
prática norte-americana são conhecidas como bombas-turbina,
devido à semelhança do rotor a certo tipo de turbina hidráulica.
As bombas de eixo prolongado para e x t r a ç ã o de á g u a de p o ç o s
p r o f u n d o s são geralmente do tipo de fluxo misto e quase
sempre de vários estágios.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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Quanto à estrutura do rotor (bombas fluxo radial) :
a) Rotor aberto - para bombear águas residuárias ou brutas de
má qualidade
b) Rotor semiaberto – para recalques de água bruta
sedimentada
c) Rotor fechado – para água tratada ou potável
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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Quanto ao número de rotores
a) Rotores de estágio único: um único rotor dentro da carcaça.Teoricamente é possível projetar uma bomba com um únicoestágio para qualquer situação de altura manométrica e devazão. As dimensões excessivas e o baixo rendimento fazem comque os fabricantes limitem a altura manométrica para 100 mca.
b) Rotores de múltiplos estágios : a bomba possui dois ou maisrotores em série dentro da carcaça. Essa associação permite aelevação do líquido a grandes alturas (> 100 mca), sendo o rotorradial o indicado para esta associação. São utilizadas, por ex.,na alimentação de caldeiras e na captação em poços profundos
de águas e de petróleo, podendo
a 200 kgf/cm², de
trabalhar com pressõessuperiores acordo com a quantidade deestágios da bomba.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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BOMBAS DE MONO E MÚLTIPLOS
ESTÁGIOS
a)
b)
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Quanto ao número de entradas:
a) De sucção simples ou de entrada unilateral: a entrada do
líquido se faz através de uma única boca de sucção.
b) De dupla sucção: a entrada do líquido se faz por duas bocasde sucção, paralelamente ao eixo de rotação. Esta
emconfiguração equivale a dois rotores simples montados
paralelo. O rotor de dupla sucção apresenta a vantagem de
proporcionar o equilíbrio dos empuxos axiais, o que acarreta
uma melhoria no rendimento da bomba, eliminando a
necessidade de rolamento de grandes dimensões para
suporte axial sobre o eixo. Indicadas para grandes vazões.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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BOMBAS DE ENTRADA SIMPLES E DUPLA
a)
b)
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Quanto à admissão do líquido na entrada da bomba:
a) Sucção axial (maioria das bombas de baixa e média
capacidades)
b) Sucção lateral (bombas de média e alta capacidades)
c) Sucção de topo (situações especiais)
d) Sucção inferior (bombas especiais)
Quanto à posição de saída:
a) Saída de topo (pequenas e médias vazões)
b) Saída lateral (grandes vazões)
c) Saída inclinada (situações especiais)
d) Saída vertical (situações especiais)
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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Quanto à velocidade de rotação (N):
a) De baixa rotação – N < 500 rpm
b) De média rotação – 500 < N < 1.800 rpm
c) De alta rotação – N > 1.800 rpm
As velocidades de rotação tendem a ser menores com o aumento
das vazões, em função do peso do líquido a ser deslocado na
unidade de tempo. Pequenos equipamentos, trabalhando com
água limpa, têm velocidades da ordem de 3.200 rpm. Para
recalques de esgotos domésticos, por ex., em virtude dos sólidos
presentes, os limites superiores podem ser significativamente
menores, geralmente inferiores a 1.200 rpm.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
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Quanto à posição na captação:
a) Submersas – util izadas quando há limitação do espaço físico (poços
profundos, por ex.)
b) Afogadas ou autoescorvadas – usadas para recalcar vazões superiores
a 100 L/s
c) De altura ou sucção positiva – empregadas em pequenas vazões de
recalque
BOMBAS CENTRÍFUGAS
a) b) c)
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Quanto à posição do eixo:
Eixo horizontal – comum em captações super ficiais
Eixo vertical – ex. bombas submersas
BOMBAS CENTRÍFUGAS
a)
b)