Aula 6

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Disciplina: Instalações prediais – Hidráulica
Aula 6: Tubulações de recalque/ sucção, dimensionamento de bombas de recalque e pressurizador
Introdução
Como dimensionar as tubulações de recalque e de sucção de uma bomba que eleva a água para reservatórios superiores?
E, no caso de não haver reservatório superior, sendo a água pressurizada diretamente de baixo para cima para os pontos de consumo, como se faz esse dimensionamento?
Que dados são necessários para a especificação de um conjunto de bombas de recalque? E se for pressurizador? Veremos todas essas questões nesta aula.
Objetivos
· Ilustrar como se faz o dimensionamento inicial da tubulação de recalque e sucção através de fórmula e sua conferência através do ábaco. Apresentar uma tabela prática (dos casos mais simples) para o dimensionamento da tubulação de recalque através da vazão.
· Aplicar o dimensionamento efetivo das tubulações de recalque e sucção considerando todos os comprimentos: comprimento real da tubulação, comprimento equivalente e perdas de carga. Através desse cálculo total, teremos em mãos dados para a seleção de uma bomba em catálogo. Da mesma forma, apresentaremos como se seleciona um sistema de pressurização.
Tubulações de recalque e sucção
A norma brasileira NBR 5626 estabelece a capacidade mínima de duas bombas de 15% de consumo diário. Como prática, podemos adotar 20%, o que define um funcionamento de aproximadamente 5 horas da bomba para recalcar todo o consumo diário.
Veremos ao lado uma figura na qual podemos identificar claramente os sistemas de recalque e sucção, além do conjunto de bombas.
 Fonte: FAU-UFRJ- Hidráulica-água fria – Prof. Rafael Tavares
Dimensionamento inicial da tubulação de recalque
Para o dimensionamento inicial do recalque, utilizaremos a fórmula de Forchheimer:
D=1,3 Q−−√ . X−−√4𝑫=𝟏,𝟑 𝑸 . 𝑿4
Em que:
D = diâmetro em metros (m);
Q = vazão em m³/s;
X = horas de funcionamento dividido por 24 horas.
Exemplo
Dimensione a tubulação de recalque de uma edificação de luxo de 8 pavimentos, sendo 2 apartamentos de 2 quartos por andar além de 1 quarto de serviço.
2 aptos. X 2 QT X 2 pessoas X 300 litros X 8 pavimentos = 19.200 litros;
2 aptos. X 1 QE X 1 pessoa X 200 litros X 8 pavimentos = 3.200 litros.
Consumo total diário = 19.200 + 3.200 = 22.400 litros
Considerando-se o funcionamento da bomba de 5 horas
X = (5/24) = 0,208
Vazão horária = 22.400/5 = 4.480 l/h = 4,48 m³/3600 segundos = 0,00124 m³/s
D=1,3 Q−−√ . X−−√4𝑫=𝟏,𝟑 𝑸 . 𝑿4
D=1,3 0,00124−−−−−−−√ . 0,208−−−−−√4𝑫=𝟏,𝟑 0,00124 . 0,2084
D = 1,3. 0,0352 . 0,675 = 0,0308m ou 32 mm ou Ø 1.¼"
Dimensionamento da tubulação de sucção
Para dimensionamento da tubulação de sucção, vamos adotar o método prático, que se constitui na utilização de um diâmetro (bitola) comercial imediatamente acima do valor especificado para tubulação de recalque.
No exemplo anterior, a tubulação de sucção será de Ø 1½ de polegada.
Podemos então conferir ao lado o dimensionamento no ábaco para determinação do diâmetro econômico (fórmula de Forchheimer). Temos no eixo horizontal o número de horas de funcionamento da bomba. No eixo vertical, ao lado esquerdo, temos a vazão em m³/ h e, ao lado direito, a mesma vazão – só que em L/s.
Fazendo o cruzamento das linhas do número de funcionamento da bomba em 5 horas e a vazão de 4,48 m³/h, o diâmetro imediatamente acima é 1.¼ de polegada, exatamente como aquele calculado pela fórmula.
 Fonte: Macyntire.
Apresentaremos abaixo uma tabela prática para dimensionamento da bomba baseados no ábaco de Forchheimer de funcionamento diário da bomba.
	HORAS DE FUNCIONAMENTO DIÁRIO DA BOMBA
	Vazão
m³/h
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	Vazão
l/s
	1
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	0,3
	2
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 3/4"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	0,4
	3
	Ø 3/4"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	0,5
	4
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	0,6
	5
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	0,7
	6
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	0,8
	7
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	0,9
	8
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	1,0
	9
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	1,5
	10
	Ø 1"
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	2,0
	11
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	3,0
	12
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	3,3
	13
	Ø 1"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	3,5
	14
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 3"
	3,8
	15
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 2"
	Ø 3"
	Ø 3"
	4,1
 Fonte: FAU-UFRJ- Hidráulica-água fria – Prof. Rafael Tavares
Altura manométrica
A altura manométrica é a soma de três grandezas:
Hman = HG + Hr + Hs
Em que:
HG é a altura geométrica (altura estática da elevação de água);
Hr é a perda de carga no recalque e Hs é a perda de carga na sucção.
Vamos aprender a calcular o Hr e o Hs:
Hr = (L real recalque) + (L eq. Recalque) x J
Sendo:
L real recalque - comprimento real do recalque. É a soma dos comprimentos geométricos de todos os trechos da tubulação (horizontal e vertical).
L eq. Recalque - comprimento equivalente do recalque (soma das medidas equivalentes em metros de todas as conexões e registros).
J – perda de carga unitária - Fair-Whipple-Hsiao.
Verificamos, então, de acordo com o material, a equivalência em metros das perdas de carga das conexões e registros em tabela.
 Fonte: FAU-UFRJ- Hidráulica-água fria – Prof. Rafael Tavares
Abaixo, temos as tabelas correspondentes para tubos de PVC ou cobre. Em função da falta de espaço nas colunas, excluímos desta tabela os itens “Entrada de borda” e “saída de canalização”.
 Fonte: Macyntire.
 Fonte: Macyntire.
Recalque
Para o exemplo da figura ilustrada, temos os seguintes dados no ábaco de Fair-Whipple-Hsiao abaixo:
Utilizando-se o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao ao lado:
Diâmetro = 25 mm ou 1"
Q= 0,4 l/s
Velocidade = 0,8 m/s
Perda de carga = 0,039 m/m
Hr – altura do recalque
Hr = (Lrealrec + Leqrec) X Jrec
Hr = (18,50 + 10,30) X 0,039 = 28,80 X 0,039
Hr = 1,12 m
O cálculo do recalque obedece ao seguinte passo a passo.
• HG - altura geométrica total (altura estática)
HG= 1,50 + 0,50 + 3,00 + 0,50 + 10,00 = 15,50 m;
• L real rec – comprimento real do recalque
L real rec = 3,00 + 0,50 + 2,50 + 10,00 + 2,50 = 18,50 m;
• Quantificar peças e calcular o comprimento equivalente, que estarão resumidos no quadro a seguir:
 Fonte: Autoria própria.
	Quantidade
	Peça
	Equiv .unit (m)
	Equiv. total (m)
	4
	Joelho 90° 25 mm
	1,50
	6,00
	1
	Válvula Retenção 25 mm
	2,80
	2,80
	1
	Te de passagem direta 25 mm
	0,90
	0,90
	2
	Registros de gaveta abertos 25 mm
	0,30
	0,60
	
	Leq recalque
	
	10,30
Utilizando-se o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao para Q = 0,4 l/s e Ø = 25 mm, obtemos os seguintes valores:
· Velocidade (V) = 0,8 m/s
· Perda de carga unitária (J) = 0,039 m/m.
Sucção
O cálculo de sucção obedece ao seguinte passo a passo:
· Hs– altura da sucção – adota-se 1 diâmetro acima do recalque
· Hs = (Lrealsuc+ Leqsuc) X Jsuc
· Lrealsuc = 0,50 + 1,00 + 1,50 = 3,00 m.
Para Leqsuc, veja quadro abaixo:
	Quantidade
	Peça
	Equiv .unit (m)
	Equiv. total (m)
	3
	Joelho 90° 32 mm
	2,00
	6,00
	1
	Válvula Retenção 32 mm
	15,50
	15,50
	1
	Registro de gaveta abertos 32 mm
	0,40
	0,40
	
	Leq suc
	
	21,90
Utilizando-se o ábaco de Fair-Whipple-Hsiao ao lado:
Diâmetro = 32 mm ou 1¼"
Q = 0,4 l/s
Velocidade = 0,5 m/s
Perda de carga = 0,013 m/m
Hs– altura da sucção
Hs = (Lrealsuc + Leqsuc) X Jsucc
Hs = (3,00 + 21,90) X 0,013 = 24,90 X 0,013
Hs = 0,32 m.
O cálculo da altura manométrica total – Hman é feito da seguinte forma:
Hman = HG + Hr + Hs
HG - altura geométrica total (altura estática)
Hr – altura do recalque
Hs– altura da sucção
Hman = 15,50 + 1,12 + 0,32 = 16,94 m
 Fonte: Autoria própria.
Dimensionamento de bomba de recalque e pressurizador
Seleção da bomba de recalque
Seleciona-se a bomba de recalque por duas variáveis, verificando-se no catálogo da bomba:
· Vazão em m³/h ou em l/s em função do número de horas de funcionamento da bomba.Considera-se um consumo diário de 22.400 litros/5 horas = 4.480 litros/h ou 4,48 m³/h;
· Altura manométrica de 16,94 metros.
Procura-se, em um catálogo de bombas, na faixa compreendendo a vazão e altura manométrica, para efetuar-se a compra da mesma, pois nunca teremos exatamente a bomba com os valores calculados. Entre os principais fabricantes, recomendamos: Jaccuzzi, Grundfos, KSB e Schneider.
Apresentamos abaixo a figura do catálogo de bombas da Schneider para a escolha das bombas do nosso exemplo.
 Fonte: Catálogo Schneider 
No nosso exemplo:
Vazão = 4,48 m³/h e Hman = 16.94 m.
Temos, nas colunas relativas à altura manométrica, 16 e 18 m.c.a. Adotaremos sempre a maior, 18 m.c.a.
Logo abaixo, vemos as faixas relativas a vazão: escolhemos 5,5 m³/h.
Veja na figura a seguir, em amarelo, o detalhe ampliado da seleção da bomba na tabela do fabricante.
Detalhes da seleção da bomba
 Fonte: Catálogo Schneider 
Seleção do pressurizador
Seleciona-se o pressurizador por duas variáveis:
· Vazão total (consumo diário total) em m³/h ou em l/s;
· Altura manométrica – m.c.a.
No caso do nosso exemplo, o pressurizador escolhido o será pelos seguintes dados caso seja composto por uma só bomba:
· Vazão: 22.400 litros ou 22,4 m³/h;
· Altura manométrica – 16,94 m.c.a.
Caso optemos por um sistema composto por mais de uma bomba, teremos de escolher no catálogo do fabricante se vai ser para uma, duas ou três bombas, segundo o sistema a se utilizar, conforme abaixo:
Escolha do conjunto de pressurização:
· Altura manométrica – eixo vertical;
· Hman = 16,94 m.c.a. ~ 17 m.c.a.;
· Vazão - eixo horizontal;
· Q = 22.400 litros ou Q = 22,4 m³/h.
Para uma bomba (1 pump), linha preta (CME 15);
Para duas bombas (2 pumps), linha vermelha (CME 10);
Para três bombas (3 pumps), linha azul (CME 5).
 Fonte: Catálogo Grunfos 
Veja a seguir uma foto desse tipo de sistema de pressurização.
 Fonte: Catálogo Grunfos 
Existem pressurizadores domésticos de menor capacidade, utilizados principalmente nos últimos pavimentos de edifícios residenciais que não têm altura manométrica suficiente para o funcionamento do aquecedor a gás.
Exemplo
Dimensione um sistema de pressurização para os dois últimos andares de uma edificação com quatro apartamentos por andar e cada apartamento com a soma de pesos equivalente a ΣP= 15,9. Altura manométrica = 6 metros.
Cálculo:
ΣP = 4 x 15,9 x 2 andares
ΣP = 127,2
Q = 0,3 √ ΣP | Q = 0,3 √ 127,2 | Q = 3,38 l/s
Temos de transformar para m³/h
Q = 12,16 m³/h
Dados para a aquisição do sistema de pressurização:
Q = 12,16 m³/h
Hman = 6 m.c.a.
Seleção do pressurizador
Veja a seguir uma foto de um sistema de pressurização doméstico e sua ficha técnica.