HIDRÁULICA BÁSICA

HIDRÁULICA BÁSICA

Introdução à hidráulica em sistemas de bombeamento de água e à relação entre caudal, altura manométrica e energia.

Noções essenciais de hidráulica básica
Três principais parâmetros                     

  • Parâmetro: Caudal - Altura man - Energia
  • Designação: Q - H - P
  • Unidade: m3/h - m - kW

Caudal

  • Caudal (Q) é o volume de água que uma bomba transporta ao longo das tubagens num determinado período de tempo.
  • O caudal (Q)é medido em metros cúbicos por hora (m3/h ).

Altura manométrica

  • A altura manométrica de uma bomba é a pressão que a bomba é capaz de fornecer.
  • Descreve a altura à qual a bomba consegue elevar a água.                                                       
  • Ex: uma altura manométrica de 40 m significa que a bomba consegue elevar água a 40 metros.                             
  • Perdas de pressão por atrito no sistema de tubagens

Altura de elevação - Altura de aspiração

Energia                                                                             

  • A energia (P) num sistema de bombeamento de água pode ser descrita como a força e a velocidade às quais a água é transportada.                            
  • A energia (P) depende diretamente do caudal (Q) e da altura manométrica (H).                                                     
  • A energia é medida em quilowatts (kW).

A interação                                                         

  • A interação entre caudal (Q), altura manométrica (H) e energia (P) pode ser descrita da seguinte forma:                                 
    P = Q x H x c                                                         

(c é uma constante dependendo da eficiência da bomba, da gravidade e do tipo de fluido)

Perdas por atrito                                                           

  • As perdas por atrito entre o fluido e as superfícies em que toca causam perda de energia e de pressão.
  • As perdas por atrito ocorrem em todo o sistema: na própria tubagem, em curvas, nas válvulas, etc.
  • As perdas por atrito dependem de:                                                  
    • O caudal no sistema                                       
    • A viscosidade do fluido                                       
    • O comprimento das tubagens                                           
    • A superfície das tubagens

Perdas por atrito: Velocidade do fluido                                   

  • Velocidade do fluido: a velocidade à qual a água é bombeada.                                                                       
    V = Q / A  x c                                 
    • Q é o caudal (m3/h)                                                    
    • A é a área da secção transversal da tubagem (m2) 
    • c é uma constante para converter a velocidade em metros por segundo

Perdas por atrito: Projetar o seu sistema           

  • Minimize a velocidade do fluido (e as perdas por atrito) das seguintes formas:
    • Reduzindo o caudal (Q)
    • Aumentando o tamanho das tubagens (A)
  • Aumentar o diâmetro das tubagens tem os seguintes efeitos:
    • Aumenta os custos iniciais
    • Diminui os custos totais de ciclo de vida                 
  • Custo de manutenção 10% - Custo inicial 5% - Custo energético 85%

Pressão de vapor                                               

  • Pressão de vapor: a pressão e temperatura às quais a água se transforma em vapor.
  • À pressão atmosférica normal a água entra em ebulição a 100 ºC. Mas num sistema de bombeamento pode haver uma queda de pressão, fazendo diminuir o ponto de ebulição.
  • Se a pressão descer abaixo de um determinado nível, a água entrará em ebulição. As moléculas de água vaporizadas provocam cavitação prejudicial na bomba.                                                                                         
  • Pressão de vapor                                                  
    • Transição de estado                                                      
    • Gasoso Líquido                                                          
    • Pressão: 10 m - 4,7 m - 3,1 m - 2,0 m - 1,2 m - 0,7 m - 0,4m                                                                           
    • Ponto de ebulição: 100° - 80° - 70° - 60° - 50° - 40° - 30

Pressão de vapor: Cavitação                           

  • A cavitação consiste na formação e no colapso rápidos de bolhas de ar na água. Ocorre perto da entrada do impulsor, onde a pressão pode descer abaixo do ponto de ebulição da água.
  • A cavitação pode resultar em corrosão da carcaça do impulsor e do corpo da bomba.                                               
  • Como evitar a cavitação:                                     
    • Reduzir a altura da entrada da bomba e aumentar a pressão de entrada
    • Reduzir as perdas por atrito na tubagem de aspiração                 
    • Reduzir o caudal da bomba                             
    • Aumentar a elevação do nível da água de aspiração

P2
Pressão (Pa)
b
P1
Δ p
Pressão de vapor           
Entrada do impulsor
Saída do impulsor