Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS
CURSODE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LIHERBERTON FERREIRA
DIMENSIONAMENTO
SALINEIRA D
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS
E CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LIHERBERTON FERREIRA DOS SANTOS
DIMENSIONAMENTO TEÓRICO DO SISTEMA DE RECALQUE N
SALINEIRA DO RIO GRANDE DO NORTE
MOSSORÓ - RN
2013
ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS
SISTEMA DE RECALQUE NA INDÚSTRIA
LIHERBERTON FERREIRA DOS SANTOS
DIMENSIONAMENTO TEÓRICO DO SISTEMA DE RECALQUE NA INDÚSTRIA
SALINEIRA DO RIO GRANDE DO NORTE
Monografia apresentada à Universidade
Federal Rural do Semi-Árido– UFERSA,
Campus de Mossoró - para obtenção do título
de Bacharel em Ciência e Tecnologia.
Orientador: Prof. D.Sc. Sérgio Weine
Paulino Chaves - UFERSA
MOSSORÓ – RN
2013
Ficha catalográfica preparada pelo setor de classificação e catalogação da Biblioteca “Orlando Teixeira” da UFERSA
L237u Santos, Liherberton Ferreira Dos.
Dimensionamento teórico do sistema de recalque na indústria salineira do Rio Grande do Norte/ Liherberton Ferreira dos Santos. – Mossoró, RN: 2013. 43f. : il.
Orientador: Profº. Sérgio Weine Paulino Chaves. Monografia (Graduação) – Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Graduação em Ciência e Tecnologia, 2013. 0
1. Bombeamento. 2. Hidráulica. 3. Salinas. I. Título.
CDD: 631.42
Bibliotecária: Marilene Santos de Araújo CRB-5/1033
LIHERBERTON FERREIRA DOS SANTOS
DIMENSIONAMENTO TEÓRICO DO SISTEMA DE RECALQUE NA INDÚSTRIA
SALINEIRA DO RIO GRANDE DO NORTE
Monografia de curso apresentada à
Universidade Federal Rural do Semi-Árido –
UFERSA, Campus de Mossoró - para
obtenção do título de Bacharel em Ciência e
Tecnologia.
APROVADA EM: 11 /09 /2013
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. Sérgio Weine Paulino Chaves
Presidente
M. Sc. Marcílio Macêdo Torres
Primeiro Membro
EngºLaio Ariel Leite Paiva
Segundo Membro
A Francisco das Chagas Ferreira (in memoriam), meu avô, que é fonte de inspiração, pois nunca deixou sua família desamparada e incentivou os mais novos a não ficarem parados, isto é, a estudar ou trabalhar.
A Deus, meu Pai Celestial, Amigo e Senhor; pelo consolo, motivação e capacitação vindos Dele. Pois tudo isto foi realizado para sua glória e é mérito seu. A todos os meus familiares, principalmente aos meus pais,Lindamar Gomes Ferreira e Josias Cabral da Silva; a José Abelardo dos Santos e a minha Tia Ana Paula Gomes Bezerra. Ao Professor Sérgio Weine Paulino Chaves,
meu orientador, pela disponibilidade,
paciência e contribuição para este trabalho.
AGRADECIMENTOS
Ao meu Senhor Deus, por toda proteção, amor, consolação e instrução que me tem
proporcionado durante este momento importante que Ele mesmo criou para mim, me dando
paciência e fazendo-me romper barreiras internas existentes em mim e com todas as
preocupações, me dando alegria de estar em sua presença.
A minha mãe Lindamar Gomes Ferreira e meu padrasto Josias Cabral da Silva por todo o
apoio, compreensão, amor e sacrifício; os quais são exemplos de garra e dedicação para
mim.
Ao meu irmão de sangue Lindemberg Ferreira dos Santos pelos conselhos e ajuda,
contribuindo não só para este trabalho como também para outras atividades acadêmicas; aos
meus irmãos em Cristo que foram fundamentais para o desenvolvimento deste trabalho e aos
demais irmãos que oraram e me deram força.
Aos meus colegas de turma que estiveram sempre juntos nesta batalha semestral, tomando as
dificuldades uns dos outros.
Aos professores que direta ou indiretamente contribuíram para minha formação acadêmica
até mesmo ética e moral.
“(...): Até aqui nos ajudou o Senhor.”
(I Samuel 7:12, b)
RESUMO
A partir da observação da importância da produção do sal para o Rio Grande do Norte e da
forma como é produzido, a presente pesquisa tem como objetivo adquirir conhecimentos
específicos na área de dimensionamento de sistemas de recalque para aplicá-los no processo
de produção do sal na etapa de transporte da água do mar para dentro dos reservatórios de
evaporação, e também no transporte da água entre os mesmos. Para se obter as informações
necessárias foi realizada uma revisão de literatura. Nesta procurou-se justificar a importância
do sal e mostrar as etapas de seu processo de produção com ênfase no bombeamento da água
do mar, por este último ser o líquido utilizado em sua produção. Também se procurou
adquirir conhecimentos em hidráulica e em áreas da ciência relacionadas com o
dimensionamento de sistemas de bombeamento. A pesquisa comprovou teoricamente que os
conhecimentos de dimensionamento de sistemas de bombeamento podem ser aplicados nas
salinas do RN para beneficiar o rendimento da etapa de bombeamento da água do mar para
dentro das salinas e na transição do líquido entre os reservatórios.
Palavras Chaves: Bombeamento. Hidráulica. Salinas.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Localização da atual zona salineira no Estado do Rio Grande do Norte ............... 17
Figura 2 - Esquema de reservatórios (A) e casa de bombas(B) da salina Miramar. .............. 18
Figura 3 - Fotografia aérea (2003) das salinas mecanizadas localizadas no estuário do Rio
Apodi-Mossoró (RN) .............................................................................................................. 19
Figura 4 - Tipos de rotores ..................................................................................................... 27
Figura 5 - Fluxo do líquido nas turbobombas Radial (A), Axial (B) e de Fluxo Misto (C). .. 29
Figura 6 - Curvas características de uma bomba KSB, modelo ETA (50-26) ....................... 34
Figura 7 - Mosaico de seleção de bombas centrífugas, marca KSB, modelo ETA, na rotação
de 3 500 rpm ........................................................................................................................... 35
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição do sal marinho .................................................................................. 16
Tabela 2 - Concentrações das águas em cada tipo de tanque. ................................................ 20
Tabela 3 - Mapeamento das salinas artesanais do Estado do Rio Grande do Norte............... 21
Tabela 4 - Indicações gerais sobre tubos fabricados no Brasil. .............................................. 23
Tabela 5 – Valores de velocidades no recalque recomendados pela Companhia Suzer. ....... 24
Tabela 6 - Valores para o coeficiente de rugosidade para formula de Hazen-Williams. ....... 30
Tabela 7 - Alguns valores aproximados de K para diferentes peças especiais ....................... 31
Tabela 8 - Potências comerciais para motores elétricos (CV). ............................................... 33
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
CIMSAL Comércio e Indústria de Moagem Refinação Santa Cecília
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
NORSAL Empresa Norte Salineira
NPSH Net Positive Suction Head
RN Rio Grande do Norte
SUDENE Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste
UFERSA Universidade Federal Rural do Semi-Árido
LISTA DE SÍMOLOS
C = coeficiente de rugosidade de canalização de Hazen-Williams
D = diâmetro da tubulação (m)
Folga = taxa da potência absorvida (watts)
g = aceleração da gravidade (m/s²)
H(1-2) = perda de carga com total do sistema (m)
Hfc = perda de carga continua na tubulação (m)
HG = altura geométrica (m)
HfL = perda de carga localizada (m)
Hfs= soma de todas as perdas de carga na sucção (m)
Hm = altura manométrica (m)
HS= carga ou altura de água na sucção (m)
K = coeficiente de perda de carga localizada (admensional)
K’ = constante que caracteriza a tubulação (adimensional)
L=comprimento da tubulação (m)
Margem = margem de segurança para motor elétrico (%)
n = número de rotações (rpm)
ns = número de rotações específico (rpm)
NPSHd = NPSH disponível na instalação (m)
NPSHr = NPSH requerido pela bomba (m)
PotA = potência absorvida (watts)
Poth = potência hidráulica (watt)
PotM = potência mínima do motor (watt)
patm= pressão atmosférica no local (N/m²)
pv= pressão de vapor (N\m²)
Q = vazão do sistema (m³/s)
v = velocidade na tubulação (m/s)
ηB = rendimento da bomba (adimensional)
γ = peso específico líquido (N/m3).
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 13
2 REVISÃO DE LITERATURA ....................................................................................... 15
2.1 O SAL MARINHO ....................................................................................................... 15
2.1.1 Importância ............................................................................................................... 15
2.1.2 Processo de Produção ............................................................................................... 17
3.1 SISTEMAS DE RECALQUE ....................................................................................... 22
3.1.1 Dimensionamento ..................................................................................................... 22
3.1.2 Bombas hidráulicas .................................................................................................. 26
3.1.3 Seleção de bombas hidráulicas ................................................................................ 29
3 MATERIAS E MÉTODOS ............................................................................................. 37
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................... 38
5 CONCLUSÃO .................................................................................................................. 41
REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 42
13
1 INTRODUÇÃO
Em toda a sua história, a humanidade tem extraído da natureza elementos para sua
sobrevivência ou para sua comodidade. No início, de forma artesanal, os homens utilizavam
a força bruta associada, muitas vezes, a instrumentos para extrair, modificar e consumir estes
recursos, por eles descobertos com passar do tempo. Porém, após o processo de mecanização
da produção, na Revolução Industrial, estes processos tornaram-se mais rápidos e menos
dependentes da força do homem, ainda que este fosse fundamental para o manuseio dos
equipamentos de produção. Atualmente, estes processos continuam evoluindo, devido ao
rápido avanço da tecnologia. Dentre os recursos naturais, podemos destacar os minerais, que
estão presentes tanto na nossa alimentação como nas construções civis e em outras áreas.
Dentre estes está o sal, que é fundamental para a saúde do ser humano e de outras espécies,
pois é útil não apenas nisto, mas também em outras áreas. O sal pode ser encontrado em
abundancia de duas formas na natureza: em minas subterrâneas, oriundas de mares antigos
que secaram, e concentrado na água do mar.
A extração do sal marinho, assim como a de outros minerais, também recebeu
influência da mecanização da produção. Dentre os tipos de máquinas envolvidas na
produção do sal estão as bombas hidrodinâmicas, que surgiram antes da consolidação da
mecanização da produção, e que compõem o sistema de recalque da água, sendo de
fundamental importância no transporte da principal matéria prima do sal, no processo de
produção em uma salina: a água do mar.
O estudo dos sistemas de bombeamento de água tem uma vasta aplicação para a
qualidade de vida do ser humano; é aplicada não só em adutoras, saneamento básico e
irrigação, mas também na indústria das mais diversas áreas, e, embora tenha origem na
necessidade de transportar água, pode ser utilizada para outros fluidos.
Segundo Azevedo Netto (1989), as bombas são fruto da necessidade do homem de
transportar líquidos, principalmente a água, e substituir os antigos dispositivos de elevação
da água, como o balde atado a uma corda. Pode-se dividir a evolução das bombas em quatro
estágios: bombas de roda d’água, bombas espirais, as de êmbolo e as centrífugas. Esta
última deu-se na Europa quando Denis Papin tornou-se o primeiro engenheiro a construir
uma bomba centrífuga, em 1689, e, após o término do século, em 1699, foi aperfeiçoada,
destacando-se no século XVIII, com o crescimento da produção. No Brasil, a primeira
bomba centrífuga foi construída em 1860 pela indústria de Ponta d’Areia, no Rio de Janeiro.
14
Nos dias atuais, com um vasto mercado, as bombas seguem padrões determinados; são
classificadas segundo vários critérios, e em seu dimensionamento levam em consideração as
tubulações de sucção e de recalque. Estas determinações são importantes para evitar custos
indesejáveis, bem como, garantir o bom funcionamento do sistema, em geral, e aumentar ao
máximo a vida útil das várias peças e instrumentos do sistema de recalque.
Tanto o sal quanto os sistemas de bombeamento (recalque) hidráulicos contribuem
para a qualidade de vida. Em virtude da importância do sal e da necessidade de otimização
do processo industrial deste produto, especificamente no bombeamento da água do mar, este
trabalho tem como objetivo descrever a importância do sal, especificamente para o estado do
Rio Grande do Norte, seu processo de produção, e, além disso, apresentar teoricamente um
sistema de bombeamento, levando em consideração aspectos físicos, o qual, quando
aplicado,visa à otimização do bombeamento da água e minimizar problemas que ocorrem
por motivo de mau dimensionamento do sistema.
15
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 O SALMARINHO
2.1.1 Importância
O Cloreto de Sódio (sal) é um mineral essencial à vida humana, que vem sendo
utilizado pela humanidade desde as antigas civilizações e é muito abundante na natureza
com uma concentração média de 35g por litro de água do mar. Existem mais de 14.000 usos
conhecidos para ele, entre os quais podem se destacar: Indústria Química, Indústria
Alimentícia, Agricultura e Tratamento de água. Dentre estes usos, muitos estão relacionados
com as propriedades químicas do sódio e do cloro (ARAÚJO; MUSSE; SOUSA, 2012 apud
MELO; CARVALHO; PINTO, 2008).
Do ponto de vista nutricional o sal é importante para o organismo humano por ser
utilizado no preparo e na industrialização dos alimentos, mas também por ser um ótimo
veiculo de iodo, que é um elemento essencial para o desenvolvimento da saúde física e
mental cuja ausência no organismo causa sérios problemas (BRASIL, 2013). O sal também
é fonte de sódio, que é um elemento que contribui para o equilíbrio aquoso e acidobásico no
organismo (SÓDIO, 2013).
Conforme a empresa Comércio e Indústria de Moagem Refinação Santa Cecília
(2012), nas indústrias, o sal é utilizado em vários setores de produção. Na indústria química
emprega-se sal na obtenção do carbonato de sódio e soda cáustica, estes têm uma vasta
aplicação na produção de sabões, do papel, de drogas, do petróleo, na metalurgia e na
indústria têxtil; além da obtenção do sulfato de sódio, aplicado na produção de vidro, na
medicina e na fabricação de outros compostos de sódio. Na indústria de conserva de
alimentos como peixes, carnes e vegetais, o sal é amplamente utilizado.
Na pecuária, os ruminantes lambem o sal para suprir suas necessidades de sódio; por
isso o sal é considerado um importante veículo para digestão de outros minerais, sendo
incorporado na proporção de 30 a 50% da mistura total de minerais presentes na alimentação
destes animais (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 2013).
Para Rosado e Rosado (1994), o sal marinho não é uniforme e apresenta uma série de
sais distribuídos de acordo com a Tabela 1.
16
Tabela 1 - Composição do sal marinho Sais Fórmulas Quantidades em 35 g de sal
Cloreto de Sódio NaCl 27,2 g Cloreto de Magnésio MgCl 3,8 g Sulfato de Magnésio MgSO4 1,6 g Sulfato de Cálcio CaSO4 1,3 g Sulfato de Potássio K2SO4 0,9 g Carbonato de Cálcio CaCO2 0,2 g
Fonte: Rosado e Rosado (1994).
A produção deste elemento é muito importe no Brasil e é obtido, em grande maioria,
no litoral nordestino numa faixa que se estende desde o Rio Grande do Norte até o
Maranhão, embora esta região se encontre a uma grande distância do mercado consumidor
mais importante, a região Sudeste. Esta distância provoca o aumento no preço do produto,
porém não há competitividade expressiva devido às vantagens das condições naturais no
litoral nordestino. No litoral nordestino as marés oceânicas têm grande intensidade,
permitindo a existência de faixas cobertas de água do mar durante a maré alta, e descobertas
na maré baixa, causando a formação de grandes poças de água, lagoas e canais que
adicionado ao fator climático da temperatura e dos ventos acabam beneficiando esta região
na produção do sal marinho (ROSADO e ROSADO, 1994).
Com uma produção de sal de 4,8 milhões de toneladas, espalhadas numa área de
40.000 ha, a indústria salineira tem um importante papel econômico no estado do Rio
Grande do Norte. Instaladas nos municípios de Areia Branca, Grossos, Galinhos, Guamaré,
Macau e Mossoró (zona salineira, Figura 1), as salinas geram uma grande quantidade de
empregos e correspondem a 95% da produção de sal do Brasil. Devido à sua ótima
localização, o sal foi um dos primeiros produtos a ser explorado comercialmente no estado
com sua primeira referência registrada numa carta escrita em 1605 por Jerônimo
d’Albuquerque para seus filhos Antonio e Matias. Nesta carta ele falava das salinas
formadas espontaneamente, correspondentes hoje as salinas de Macau (MAIA, 2013).
17
Figura 1 - Localização da atual zona salineira no Estado do Rio Grande do Norte
Fonte: Costa et al. (2013).
A produção de sal marinho em 2010 produzido pelo Rio Grande do Norte foi de 5,1
milhões de toneladas, representando 91% da produção brasileira. Contribuíram para essa
produção (em toneladas) os municípios de: Mossoró, com 1,69 milhões de toneladas (33%);
Macau, com 1,67 milhões (33%); Areia Branca, 714 mil (14%); Galinhos, 423 mil (8%);
Grossos, 348 mil (7%); Porto do Mangue, 191 mil (4%); e Guamaré, 50 mil (1%) (BRASIL,
2010).
2.1.2 Processo de Produção
A água do mar é uma reserva inesgotável de sal, pois nela se encontra uma grande
concentração do mineral. Salina é o nome dado à área de extração do sal marinho pela
evaporação da água do mar, rio, ou lago salgado (NORSAL, 2011). São superfícies planas
de forma geralmente quadriculada, rebaixadas, que são inundadas pela água do mar,
divididas por muros chamados de paredões (ROSADO e ROSADO, 2008). O sal produzido
tem origem da precipitação da água do mar e é considerada uma rocha sedimentar química.
O processo de produção do sal nas salinas consiste em sua extração da água do mar
através da evaporação (ação da energia solar sobre a água) e dos ventos; divide-se em três
etapas principais: a cristalização do cloreto de sódio, a colheita e a lavagem. A água do mar
é bombeada ou transportada pela ação da gravidade, para reservatórios onde ocorreram os
processos de evaporação e cristalização. Nestes reservatórios a evaporação solar aumenta
gradativamente a concentração de sais, até o ponto em que a salmoura fica saturada de
18
cloreto de sódio; neste momento o sal está pronto para ser colhido; a Figura 2A e 2B
mostram respectivamente o posicionamento do bombeamento e dos reservatórios em uma
salina e a casa de bombas da mesma. Como o processo natural de evaporação depende do
clima, as empresas deste ramo agendam sua produção de acordo com as estações seca e
chuvosa do ano (NORSAL, 2011).
Figura 2 - Esquema de reservatórios (A) e casa de bombas(B) da salina Miramar.
Fonte: NORSAL (2011).
A
B
19
As salinas chegam a ocupar áreas acima de 500 ha, conforme ilustra a Figura 3. Nos
dias atuais, a produção do sal, na maioria das empresas, é mecanizada dispondo de máquinas
que fazem diversas atividades durante o processo de produção. As atividades realizadas por
essas máquinas ocorrem de forma muito rápida e abrangem a captação da água do mar até
sua colheita e lavagem. Porém, nem sempre foi assim. Segundo Carvalho Júnior e Felipe
(1982 apud Costa et al.,2013) o processo de melhoramento das salinas teve seus primeiros
indícios com o surgimento dos primeiros adventos tecnológicos, ainda um pouco rústicos
como, por exemplo, o cata-vento, utilizado para bombear a água da maré para dentro dos
reservatórios. A utilização desse equipamento surgiu devido à necessidade de recalcar a
água para relevos mais altos; este advento eliminou problemas causados pelas grandes
inundações das marés de sizígia e/ou astronômicas e permitiu o controle sobre as
quantidades de água a ser utilizada na produção. Para Maia (2011), antes do moinho de
vento (cata-vento), os salineiros se utilizavam do movimento natural das enchentes da maré
e, após isto, foram construídas barragens para armazenar e alimentar outras etapas do
processo, o que fez com que a produção passasse a não depender tanto da sequência das
marés. Posteriormente, surgiram os motores a diesel, responsável por um melhor controle de
fluxo.
Figura 3 - Fotografia aérea (2003) das salinas mecanizadas localizadas no estuário do Rio Apodi-Mossoró (RN)
Fonte: COSTA et al.(2013).
20
Conforme Rosado e Rosado (1994), na primeira metade do século XX nas salinas
artificiais do RN, a água da maré ou rio era levada para os cercos (grandes tanques) através
de um canal chamado “levada mãe”, onde era levantada por cata-ventos ou motores a diesel
ou elétricos. Os cercos eram conectados e geralmente agrupados em três. Posteriormente,
existia um segundo grupo de reservatórios, composto por tanques que eram chamados
localmente de evaporadores e logo após havia os cristalizadores, onde a água era posta num
lençol estreito devido à pouca profundidade do reservatório, o que contribuía para a
aceleração do processo de evaporação até que se chegasse à melhor salinidade ou
concentração para se realizar a colheita. Na Tabela 2, podem-se observar as concentrações
das águas em cada tipo de tanque no processo salinização.
Tabela 2 - Concentrações das águas em cada tipo de tanque.
Tipo de tanques Concentração de sal em Baumé (°Be)
Entrada Saída Cercos 4 6 Evaporadores 7 23 Cristalizadores 24 28
Fonte: Rosado e Rosado (1994).
Os recursos para a mecanização das salinas começaram a surgir após a criação da
Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE) (1959), responsável por
desenvolver a região nordeste. Este órgão criou vários planos diretores para desenvolver a
produção de vários bens; em um destes planos destacou-se a ênfase na implementação de
indústrias de grande porte, a modernização e a dinamização de setores já existentes que
ainda se utilizavam de produção artesanal; era o caso da industria do sal (CARLOS
JÚNIOR, 2006 apud COSTA et al., 2013).
No RN foram criados grandes projetos de infra-estrutura. Mas, somente no final da
década de 60 as indústrias salineiras puderam se mecanizar quando passaram para o controle
de capital internacional. Isso ocorreu devido ao fato de estas indústrias não terem capacidade
de atender à demanda requerida pela indústria química, que havia crescido muito, e seus
proprietários não tinham condições econômicas de mecanizar suas salinas (MAIA, 2011
apud COSTA, 1993). A partir daí algumas das etapas do processo de produção do sal foram
sendo convertidas do trabalho humano para o trabalho das máquinas. Em cada cristalizador
dezenas operários foram trocados por máquinas que quebram e misturam os pedaços de sal e
os jogam em esteiras levando-os à lavagem e depois ao empilhamento nos aterros.
21
A mecanização reduziu cerca de 70% dos custos e aumentou muito a produtividade
(ROSADO e ROSADO, 1994).
Mesmo com todo este processo mecanização das salinas do RN, ainda existem
algumas poucas salinas artesanais, que ainda utilizam instrumentos como pás e carros de
mão na colheita do sal, limitadas a pequenos núcleos cujas localizações estão dispostas na
Tabela 3.
Tabela 3 - Mapeamento das salinas artesanais do Estado do Rio Grande do Norte
Fonte: Costa et al.(2013).
22
3.1 SISTEMAS DE RECALQUE
3.1.1 Dimensionamento
O sistema de recalque é definido como o conjunto formado normalmente por
tubulações de recalque e sucção, bombas, motores e acessórios necessários para transportar
certa vazão líquida de um reservatório de cota mais baixa para outro de cota mais elevada.
Para Houghtalen, Hwang e Akan (2012), tubulação é um sistema de tubos (um ou mais)
conectados, projetado e montado a fim de realizar o transporte de líquidos de um local para
outro. Estes tubos podem ser chamados de condutos, e segundo Brunetti (2008) classificam-
se em livres, quando o fluido em seu interior apresenta uma superfície livre; e forçados,
quando o fluido em movimento não apresenta superfície livre. Os sistemas de recalque
apresentam tubulações forçadas.
Santos (2007), afirma que para se iniciar um projeto de sistema de recalque deve-se
conhecer, no mínimo, o local de onde será retirado o líquido, onde o líquido deve chegar e o
consumo do líquido.
A tubulação de recalque é a tubulação que liga a bomba ao reservatório elevado e seu
diâmetro é determinado pela equação:
� = ����� (1)
onde D é o diâmetro da tubulação (m), Q é a vazão na tubulação (m3/s) e v é velocidade de
escoamento na tubulação (m/s). A velocidade é determinada observando-se o tipo de líquido
escoado na tabela de velocidades recomendadas por Santos (2007). Para a água do mar a
velocidade a ser adotada deve estar entre 1,5 a 2,5 m/s.
O diâmetro encontrado na equação é teórico, por isso é necessário encontrar um valor
comercial através de valores de diâmetros comerciais padronizados segundo as normas da
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), de forma que este valor seja o maior
valor aproximado em relação ao calculado.
A tubulação de sucção é a tubulação que conecta o reservatório de captação à bomba e
também terá seu diâmetro determinado pelos diâmetros comerciais padronizados; este valor
será imediatamente superior ao diâmetro da tubulação de recalque.
23
Segundo Santos (2007) o dimensionamento da espessura dos tubos é normalizado por
medidas correspondentes ao material utilizado, este material empregado nas tubulações deve
ser escolhido de acordo com o tipo de fluido, a pressão, a temperatura, a agressividade, a
contaminação, os custos etc. Os materiais das tubulações são divididos em metálicos,
plásticos, compostos inorgânicos e alternativos. Os tubos mais utilizados no Brasil são
mostrados na Tabela 4.
Tabela 4 - Indicações gerais sobre tubos fabricados no Brasil. Material Diâmetro* Uso preponderante
Ferro galvanizado 12,5 a 200 mm
(1/2 a 8'') Instalações prediais de água fria, instalações industriais
Aço sem costura 12,5 a 200 mm
(1/2 a 8'') Linhas adutoras, linhas de recalque; instalações industriais
Aço soldado 350 a 2.400 mm
(14 a 96'')
Linhas adutoras, linhas de recalque; tubulações forçadas das usinas, instalações industriais, oleodutos
Chapa ondulada 300 a 1500 mm
(12 a 60'') Bueiros
Chumbo (em desuso)
12,5 a 1.100 mm (1/2 a 4'')
Instalações prediais de água e esgoto, instalações industriais e estações de tratamento de água
Cimento-amianto (em desuso para água)
50 a 500 mm (2 a 20'')
Linhas adutoras, redes de distribuição, coletores de esgotos, tubos ventiladores
Cobre e latão 12,5 a 50 mm
(1/2 a 2'') Instalações prediais, encanamentos de água quente
Concreto armado ou simples
300 a 3.000 mm (12 a 60'')
Linhas adutoras, esgotos, sanitários, galerias de águas pluviais, bueiros
Ferro fundido dúctil 50 a 1.500 mm
(2 a 60'')
Linhas adutoras, linhas de recalque, redes de distribuição; tubulações forçadas das usinas, tubos de queda e outras canalizações nos grandes edifícios, esgotos sanitários
Manilhas cerâmicas 100 a 400 mm
(4 a 16'') Esgotos sanitários, águas pluviais
Tubos plásticos PVC 12 a 200 mm
(1/2 a 8'') Instalações prediais, industriais e casos especiais, esgoto sanitário
Tubos de plásticos de fibra de vidro
25 a 700 mm (1 a 28'')
Linhas adutoras, esgotos sanitários e industriais
Tubos plásticos de polietileno de alta densidade e polipropileno
12,5 a 200 mm (1/2 a 8'')
Transporte de gases, líquidos, despejos corrosivos, rede de distribuição de água e esgotos sanitários
Fonte: Azevedo Netto et al. (1998).
24
Uma das principais causas dos problemas do mau funcionamento de bombas está
relacionada com entrada de ar nos tubos, que provoca a formação de bolhas na tubulação de
sucção. Para evitar este inimigo da condução de água existem algumas recomendações, que
serão listadas a seguir. Para Azevedo Netto et al. (1998), devem-se utilizar dispositivos de
redução excêntricos; instalar o tubo de sucção com um leve declive em relação ao ponto de
aspiração quando a bomba não trabalhar afogada, de forma gradual da bomba para a fonte de
alimentação, não devendo existir seções da canalização acima da boca de entrada da bomba.
Caso isso ocorra, em razão de algum obstáculo, deve-se conduzir a tubulação por baixo do
obstáculo. Deve-se também construir um poço de sucção para evitar a agitação do líquido
que certamente ocasionaria a entrada de ar na sucção e utilizar compostos para vedação das
juntas, evitando a entrada de ar em possíveis aberturas existente na sucção. A boca da
extremidade da sucção deve estar a uma altura a abaixo do nível mínimo do líquido
suficiente para não haver entrada de ar no tubo de sucção. Além destas, existem outras
recomendações que estão relacionadas com as peças especiais e serão descritas no decorrer
do texto.
Na sucção e no recalque recomendam-se diâmetros maiores do que a entrada e a saída
da bomba. A canalização deve ser a mais curta possível, com um menor número de peças
para diminuir ao máximo as perdas de carga. Para recalques curtos ou tubulações imediatas,
as velocidades têm valores mais elevados. Neste caso são recomendados os valores
dispostos na Tabela 5.
Tabela 5 – Valores de velocidades no recalque recomendados pela Companhia Suzer. D (mm) 50 60 75 100 150 200 300 400 v (m/s) 1,3 1,40 1,55 1,80 2,20 2,30 2,45 2,60 Q (L/s) 2,5 4 6,8 14,1 38,9 72,3 173,1 326,5
Fonte: Azevedo Netto et al. (1998).
Os tubos são pré-fabricados com comprimentos definidos e por isso precisam ser
conectados por junções que podem ser de três tipos: rosca, solda e flange. Conforme Santos
(2007), as conexões de rosca devem ser cônicas e são mais apropriadas para pequenos
diâmetros tendo valor nominal recomendado pela norma de até 2”. Conexões soldadas
apresentam boa resistência, perfeito estanque e não têm a necessidade de manutenção, por
isso são muito utilizadas na indústria, porém, dificultam a desmontagem do sistema de
tubulações, enquanto que as outras facilitam. As conexões por flange são caras, pesadas,
25
volumosas e possibilitam vazamento, mas são indicadas para diâmetros nominais maiores ou
iguais 2”.
Para entrar em funcionamento a bomba deve ser preenchida com o líquido a ser
bombeado juntamente com a tubulação de aspiração a ela conectada, pois como já vimos, a
presença de ar nas tubulações é nociva à bomba. Este processo é denominado escorva e
consiste em uma operação de substituição do ar contido no interior da bomba e da tubulação
de aspiração pelo líquido que se quer transportar. Pode ser realizada automática ou
manualmente (QUINTELA, 1981).
Alguns acessórios são utilizados nas tubulações a fim de evitar problemas, incluindo
a entrada de ar na sucção, e também para realizar o escorvamento da bomba. Podemos citar:
a válvula de fechamento ou de saída, válvula de retenção, dispositivo de escorva, torneira de
purga, válvula de alívio.
Para Mancityre (2012) a válvula de retenção com crivo pode ser colocada na entrada
da sucção para evitar o esvaziamento da tubulação e da própria bomba impedindo a perda da
escorva, pode também ser colocada entre a bomba e o registro de saída com a finalidade de
bloquear o fluxo rapidamente no desligamento da bomba; a válvula de fechamento serve
tanto para bloqueio como para regulagem; a torneira de purga é instalada na parte alta da
caixa da bomba a fim de possibilitar a saída do ar durante a escorva; a válvula de alívio é
colocada após a válvula de retenção com o objetivo de aliviar a pressão causada por golpes
de aríete altos (variação de pressão causada pela alteração do escoamento); os dispositivos
de escorva, como seu próprio nome diz, são utilizados para realizar a escorva e exigem
procedimentos específicos.
Como mostra Azevedo Netto et al. (1998), as bombas devem ser protegidas em
edificações próprias, a casa de bombas ou sala de bombas, que devem ter características
específicas para o bom funcionamento. Devem ser espaçosas o suficiente para a instalação e
movimentação dos grupos elevatórios, incluindo a parte elétrica. Nas edificações as bombas
devem ser acopladas a motores, sejam de combustão ou elétricos, formando o conjunto
motor-bomba, o qual deve ser instalado em local seco, de fácil acesso e bem ventilado, de
forma a ficar protegido de enxurradas e de perturbações atmosféricas. Com o intuito de
minimizar as vibrações do conjunto motor-bomba é comumente posto sobre blocos de
concreto armado com 3,5 vezes o peso do conjunto completo com água. Deve-se ter um
cuidado com o fenômeno de ressonância, que consiste na igualdade das frequências das
vibrações com o harmônico da estrutura.
26
Segundo a NBR 5626 (1998) as instalações elevatórias devem no mínimo possuir duas
unidades de elevação de pressão disponível para garantir, no caso de falha de uma delas, o
abastecimento de água; devem também ser projetadas de forma a procurar o nível mais
eficaz da pressão disponível relacionado a localização dos reservatórios e das bombas.
Não se pode deixar de considerar os custos de instalação e de operação. Nos custos de
instalação estão incluídos a bomba, o motor, as tubulações e os acessórios. A pressão está
diretamente ligada às perdas de carga nos tubos, que são inversamente proporcionais ao
diâmetro elevado a quinta potência, desta forma, um aumento no diâmetro pode diminuir a
pressão necessária, e, em consequência disto, haverá redução da potência do motor. O tempo
de funcionamento, em horas por dia, esta relacionado com os custos de operação, ligado
diretamente ao consumo de energia. Considerando o rendimento da bomba, numa
aproximação, pode-se dizer que o preço da bomba junto com o motor corresponde a 2% do
aumento do rendimento, se a bomba operar 12 horas por dia por 10 anos. As dimensões das
tubulações também influenciam nestes custos, pois podem reduzir a pressão total
diminuindo a potência e o consumo de energia. Em contrapartida, a vida útil da bomba é
limitada pela corrosão devido o movimento do líquido em seu interior e por outras causas.
Sacrificar o rendimento seria uma boa solução para compensar a redução de custo da bomba.
Caso o período de funcionamento seja de algumas horas por dia, pode-se diminuir a
descarga e aumentar o tempo de funcionamento, ocasionando a redução do tamanho da
bomba e da potência (AZEVEDO NETTO et al., 1998).
3.1.2 Bombas hidráulicas
As bombas são instrumentos de fundamental importância para as indústrias. Conforme
Fox, Pritchard e McDonald (2011) as bombas são máquinas que adicionam e energia ao
fluido quando este fluido é liquido ou pastoso. Basicamente, trabalha no transporte dos mais
diversos líquidos, em temperaturas variáveis, e em condições especificas; sendo necessário
conhecer os componentes das bombas e seus tipos a fim de montar um sistema adequado
para o transporte do líquido que será recalcado.
As bombas pertencem a uma categoria de máquinas denominadas máquinas geratrizes.
Para Santos (2007) este tipo de máquina converte energia mecânica em energia hidráulica
através de motores elétricos estacionários etc. As bombas têm a finalidade de realizar o
deslocamento de um líquido por escoamento. Como afirma White (2011), existem dois tipos
27
básicos de bombas: as bombas de deslocamento positivo, que fornecem movimento ao
fluido por meio de variação de volume; e as bombas dinâmicas, que acrescentam movimento
ao fluido por meio de pás que se movimentam rapidamente ou projetos especiais.
As turbobombas ou bombas rotodinâmicas são compostas por dois elementos
principais: o rotor, que modifica a trajetória do líquido, e o corpo da bomba (QUINTELA,
1981). Neste tipo de bomba a aceleração do rotor tem direção e sentido diferente do
movimento do líquido em contato com as pás. Diferente das bombas de deslocamento
positivo não há volume fechado, o fluido tem sua velocidade aumentada à medida que se
move através de passagens abertas e em seguida sua energia cinética é transformada em
energia de pressão (WHITE, 2011).
Neste trabalho iremos nos limitar às turbobombas, pois estão familiarizadas com o
tema proposto. O órgão que caracteriza as turbobombas (rotor) é também chamado de
impulsor ou impelidor, sua finalidade é transmitir à massa líquida aceleração, para que
adquira energia cinética e se realize assim a transformação da energia mecânica de que está
dotado. Os rotores podem ser: fechados, quando dispõem de tampas traseiras e dianteiras,
com maior utilização no transporte de líquidos limpos devido ao risco de entupimento, semi-
fechados, quando apresentam apenas uma tampa traseira, ou abertos, quando não apresentam
tampa alguma e são mais utilizados no bombeamento de líquidos sujos (SANTOS, 2007). A
Figura 4 mostra os tipos de rotor.
Figura 4 - Tipos de rotores
Fonte: Santos (2007).
Outro órgão importante nas turbobombas é o difusor, também chamado de
recuperador. É um canal de seção crescente no sentido do escoamento que recebe o líquido
do rotor dotado de energia cinética e a transforma em energia de pressão. Assim, quando o
líquido atinge a boca de saída da bomba, o mesmo pode sair com velocidade razoável de
28
forma a equilibrar a pressão que se opõe ao seu escoamento. Os difusores podem ser
classificados de acordo com o tipo turbobomba, podendo ser: de tubo reto troncônico, nas
bombas axiais; e de caixa com forma de caracol ou voluta. Nos demais tipos de bomba,
chamados apenas de caracol. Em certas bombas são acrescentados, entre a saída do rotor e o
caracol, acessórios chamado de “pás guias”, que são devidamente colocadas com o objetivo
de diminuir as perdas de energia na transformação da energia cinética em energia potencial
(MANCYNTURE, 2012).
As turbobombas podem ser classificadas segundo três critérios principais: trajetória do
líquido no rotor (radial, axial e diagonal), número de rotores (simples e múltiplos estágios) e
número de entradas para sucção (unilateral e bilateral).
Para Santos (2007), as bombas centrífugas podem ser pura, helicoidal Francis,
diagonal e axial. Na pura o líquido entra na direção axial do rotor e sai direção radial, cujo
bordo de saída das pás é bastante inclinado com relação ao eixo; na bomba helicoidal as pás
são dupla de curvatura, o fluido entra axialmente e é deslocado por curva reversa sendo
liberado na direção do raio. A Figura 5A e Figura 5C mostram as trajetórias dos líquidos nas
bombas de fluxo radial e axial respectivamente.
Para a bomba axial ou propulsora, a partícula líquida entra na direção axial e sai
também na direção axial (Figura 5B), porém sua trajetória tem o formato de hélices
cilíndricas, provocada pelo movimento rotativo das pás. Não são bombas centrífugas
propriamente ditas, pois o aumento da energia de pressão não é provocado pela força
centrífuga decorrente da rotação das pás. São empregadas em recalques de grandes vazões e
pequenas alturas. Possuem coletor troncônico com pás guias e, em geral, são instaladas na
direção vertical (MANCYNTURE, 2012).
Na bomba diagonal, o fluido entra no rotor na direção axial e sai entre a direção axial e
a radial. Diferente das helicoidais, a trajetória do fluido forma uma hélice cônica, em que
parte da energia transmitida ao líquido é oriunda da força centrifuga e parte da força de
arrasto. A Figura 5C mostra a trajetória do fluido neste tipo de bomba. É importante
salientar que para cada tipo apresentado existem variações de formas de acordo com as
necessidades de vazão (SANTOS, 2007).
29
Figura 5 - Fluxo do líquido nas turbobombas Radial (A), Axial (B) e de Fluxo Misto (C).
Fonte: Adaptada: Santos (2007).
As bombas de simples estágio possuem apenas um rotor. Têm esse nome devido ao
fornecimento da energia ao líquido ser feito em um único estágio (um rotor e um difusor).
São normalmente limitadas pelos fabricantes para alturas manométricas para no máximo 100
m.
Na bomba de múltiplo estágio verificam-se dois ou mais rotores. É utilizada para
alturas de elevação grande e é o resultado da associação de rotores em série fixados a um
mesmo eixo. O líquido passa em cada rotor e difusor constituindo um estágio na operação de
bombeamento.
Por fim, nas bombas de entrada unilateral ou de sucção simples, a entrada do líquido
dá-se por apenas uma boca de sucção. Diferente disso, nas bombas de entrada bilateral ou
sucção dupla, a entrada do líquido dá-se por duas bocas de sucção, paralelas ao eixo de
rotação. Sua vantagem em relação à bomba de sucção simples está relacionada com
equilíbrio dos empuxos axiais, que provoca uma melhoria no rendimento da bomba devido à
simetria das condições de escoamento.
3.1.3 Seleção de bombas hidráulicas
A seleção de uma bomba hidráulica basicamente depende da altura manométrica
“Hm” e da vazão “Q” que são utilizadas para determinar a potência necessária da bomba. É
importante salientar que a vazão dependerá do consumo diário de instalação, da jornada de
trabalho da bomba e do número de bombas em funcionamento.
Para Fox, Pritchard e Mcdonald (2011) os escoamentos em tubos e dutos apresentam
significativo atrito com frequência de turbulência, que causam perdas de energia mecânica.
Estas perdas por atrito podem ser divididas em dois tipos: as perdas maiores, causadas pelo
A B C
30
atrito nas seções de área constante dos tubos, e perdas menores que podem ser, algumas
vezes, maiores que as maiores, e são causadas pelos acessórios como curvas, válvulas
entradas etc.
A altura manométrica é definida como a diferença de nível entre dois pontos, ou a
distância vertical que deverá ser vencida pelo conjunto motor-bomba para levar a vazão de
um reservatório para outro, mais as perdas de carga em todo percurso, (contínuas e
localizadas) como mostra a equação (3). A perda contínua são as perdas maiores, e as
localizados são as menores citadas por Fox, Pritchard e McDonald (2011).
� = �+��(���) (2)
Por sua vez, “H G” é altura geométrica dada pela diferença de cota da entrada da
sucção e saída do recalque e na pratica é determinada através de um levantamento
topográfico do terreno. Já “Hf ”é determinada pelo comprimento das tubulações de sucção e
de recalque e peças especiais dessas tubulações, utilizando-se, por exemplo, a fórmula de
Hazen-Williams (4) para a perda de carga contínua:
��� = 10,646 ∙ ��,�����,�����,��� ∙ (3)
Onde HfC = perda de carga contínua (m), Q = vazão (m3/s), C = coeficiente de rugosidade da
canalização (adimensional,Tabela 6), D=diâmetro comercial (m), L=comprimento da
tubulação (m);
Tabela 6 - Valores para o coeficiente de rugosidade para formula de Hazen-Williams. Tipo de material Coeficiente de rugosidade da canalização Aço galvanizado 125 Aço soldado, novo 130 Cimento amianto 140 Ferro fundido, novo 130 Ferro fundido com revestimento de cimento 140 Ferro fundido após 15-20 anos 100 (valor usual para tubo com incrustação) Ferro fundido mais de 20 anos 140 Aço soldado com revestimento especial 130 Fonte: Mancynture (2012).
31
E a fórmula de Borda para a perda de carga localizada:
��" = # $ %&�2'( (4)
Onde HfL = perda de carga localizada (m), K = coeficiente de perda de carga localizada de
cada peça (adimensional,Tabela 7), v =velocidade de escoamento (m/s) e g =aceleração da
gravidade (m/s). É necessário somar as duas perdas de carga nos dois tipos de tubulação
(recalque e sucção) para se obter a perda total.
Tabela 7 - Alguns valores aproximados de K para diferentes peças especiais Peças K Peças K Ampliação Gradual 0,30 Entrada normal em canalização 0,50 Bocais 2,75 Existência de pequenas derivações 0,03 Comporta aberta 1,00 Entrada de borda 1,00 Cotovelo de 90º 0,90 Junção 0,40 Cotovelo de 45º 0,40 Redução gradual 0,15 Crivo 0,75 Saída da canalização 1,00 Curva de 22,5º 0,10 Válvula de Pé 1,75 Curva de 45º 0,20 Válvula de gaveta aberta 1,00 Curva de 90º 0,40 Válvula de retenção 2,50
Fonte: Azevedo Netto et al. (1998).
Conhecida a altura manométrica, pode-se escolher o tipo de bomba mais adequado.
Esta escolha é feita com base nas condições de operação, manutenção e econômica. Utiliza-
se como parâmetro a vazão para uma pressão necessária. É necessário, também, definir outra
grandeza, a velocidade específica. Essa grandeza representa o número de rotações por
minuto de uma bomba dimensionalmente proporcional (geometricamente semelhante) a uma
bomba que tem capacidade de recalcar 75 L/s de água a uma altura de 1 m. Cada valor
obtido pela equação (7) descreve toda bomba geometricamente semelhante que terá a mesma
velocidade especifica. Esta equação possibilita comparar as variadas bombas com relação à
velocidade, fornecendo assim o tipo de turbobomba, segundo o tipo de rotor a ser
empregado para atender o número de rotações, a altura manométrica e uma vazão desejada
(MANCYNTURE, 2012).
)* = 3,65. ) ∙ �� �⁄�. �⁄ (5)
Onde nS = velocidade específica ou número específico de rotações por minuto (rpm) e n=
número de rotações (rpm).
32
Esta escolha é feita as seguintes relações obtidas em ensaios de bombas tendo em vista
um bom rendimento e um baixo custo. Para valores de nS até 220 utilizam-se bombas radiais
ou centrífugas puras, para valores entre 220 e 440 a melhor escolha é a bomba diagonal
hélico-centrífuga, entre 440 e 500, bombas diagonais helicoidais, e para valores maiores que
500, bombas axiais.
Determinado o tipo de bomba, a altura manométrica e sabendo-se a vazão desejada, é
necessário determinar as características da bomba. A primeira delas é potência hidráulica,
que é a potência exercida pelo órgão transmissor ao líquido e é dada pela expressão:
/012 = 3. �. � (6)
onde PotH = potência hidráulica (watts), γ = peso específico líquido (N/m3). Com a potência
hidráulica podemos encontrar a potência absorvida, que é a potência que é absorvida pelo
eixo da bomba ou simplesmente potência da bomba.
/014 = /01256 (7)
onde PotA = potência da bomba (watts) e ηB = rendimento da bomba (adimensional).E assim,
finalmente encontrar a potência do motor pela expressão:
/018 = /014 + 90:'; (8)
onde PotM= potência mínima do motor (watts), Folga = taxa da potência absorvida (watts)
calculada pela seguinte equação:
90:'; = /014 =>;?'@A100 B (9)
Sendo a Margem = margem de segurança recomendável para o motor.
Esta folga no motor é adicionada com finalidade de evitar o funcionamento com
sobrecarga, causada por um motivo qualquer. Porém, existem recomendações especiais que
independem da potência absorvida, como para os motores a combustão, onde a margem de
segurança deve ser de 50%, para gasolina, e 25% para o óleo diesel.
Achada a potência mínima do motor, é necessário definir a potência instalada do
motor através de uma tabela de valores padronizados pelos fabricantes e normatizados pela
ABNT para motores elétricos, Tabela 8.
33
Tabela 8 - Potências comerciais para motores elétricos (CV). 1/4 – 1/3 – 1/2 – 3/4 – 1 – 11/2 – 2 – 3 – 5 – 6 – 71/2 – 10 – 12 – 15 – 20 – 25 – 30 – 35 –
40 - 45 – 50 – 60 – 100 – 125 – 150 – 200 – 225 – 300
Fonte: Azevedo Netto et al. (1998).
A escolha da bomba é dada através da curva característica, que é a representação
gráfica que relaciona os parâmetros envolvidos em seu funcionamento. Este tipo de curva
relacionam vazão recalcada, a potência absorvida, o rendimento, e em alguns casos o NPSHr
(altura máxima de sucção requerida). As curvas características são obtidas através de
experimentos feitos pelos fabricantes, nos quais é medida, para cada vazão recalcada, a
vazão, a altura de elevação (utilizando manômetros) e o torque no eixo da máquina
(utilizando um torquímetro). Também são obtidos a potência mecânica absorvida pela
bomba (com rotâmetro) e o rendimento global pela relação entre a potência hidráulica e a
potência absorvida. Ao final obtêm-se: Hm=f(Q), Pot=f(Q) e η= f(Q).
Através destas curvas encontramos o ponto de projeto com a altura manométrica e a
vazão desejada. Neste ponto encontram-se as características operacionais da bomba,
exemplificadas na Figura 6. Como podemos observar, para cada parâmetro tem-se um
critério de escolha. Para o diâmetro do rotor, caso o ponto não coincida com uma das curvas
de diâmetro, deve-se considerar a o diâmetro cuja curva esta imediatamente superior ao
ponto de projeto. O número de rotações é mostrado como um número fixo no meio do
gráfico. O rendimento da bomba, caso o ponto não coincida com uma curva que o
representa, pode ser observado o aspecto das curvas próximas e assim traçar uma curva entre
estas de forma a passar pelo ponto; observa-se que este valor se encontra entre os valores das
curvas vizinhas. Para a potência absorvida e o NPSHr, deve-se prolongar uma reta vertical a
partir do ponto até chegar na curva de potência e na escala de Hs, respectivamente,
observando os valores.
34
Figura 6 - Curvas características de uma bomba KSB, modelo ETA (50-26)
Fonte: catalogo de bombas KSB ETA.
35
Santos (2007) afirma que nem sempre o ponto (Q, Hm) coincide com a curva
características da bomba, por isso é necessário encontrar a curva característica da tubulação
e esboçar esta curva sobre a curva da bomba; no ponto em que as curvas se cruzarem será o
novo ponto de funcionamento, podendo receber outros nomes como ponto de trabalho ou
ponto de operação. A equação da tubulação é dada por:
� = � + $ ′�� (10)
onde K’ = constante que caracteriza a tubulação (adimensional).
Além das curvas características, para os principais tipos de bombas os catálogos
também apresentam mosaicos de utilização, cada mosaico refere-se a uma velocidade de
rotação (QUINTELA, 1981) (Figura 7). Estes mosaicos são gráficos de altura manométrica
em função da vazão em que é mostrada a faixa de utilização de cada tipo de bomba.
Figura 7 - Mosaico de seleção de bombas centrífugas, marca KSB, modelo ETA, na rotação de 3 500 rpm
Fonte: Catálogo de bombas KSB ETA.
Para um bom funcionamento de um sistema de recalque deve-se evitar o fenômeno
denominado cavitação. De acordo com Mancynturi (2012), cavitação é o fenômeno em que
a pressão absoluta baixa até igualar-se a pressão de vapor do líquido, na temperatura em que
este se encontra. Segundo Santos (2007) a cavitação pode ocorrer tanto no interior das
36
bombas quanto nas tubulações provocando sérios problemas em ambos, por isto, mesmo
após a seleção da bomba, deve-se verificar a possibilidade deste fenômeno, pois o mesmo
fenômeno causa vários danos ao sistema, reduzindo seu rendimento. Conforme Quintela
(1981) a cavitação pode causar também o aparecimento de ruídos, vibrações e modificações
nas características da bomba afetando com maior intensidade de erosão as regiões do lado da
sucção.
A altura máxima de sucção da bomba é estabelecida para evitar a cavitação. Em
condições ideais de temperatura e pressão seu valor é 10,33 m. Para evitar a cavitação, a
altura máxima de sucção é limitada através do NPSH (Net Positive Suction Head); este
termo representa a altura positiva retirada da condição limite que o fluido tem na seção de
entrada de uma bomba, para enfrentar todas as dificuldades no caminho entre o flange da
bomba e a entrada das pás atingindo este local sem cavitar (SANTOS, 2007). Para que não
haja cavitação o NPSH requerido pela bomba deve ser menor ou igual ao NPSH disponível
na instalação.
D/E�? ≤ D/E�G (11)
onde o NPSHd é uma característica da instalação dado por:
D/E�G = HIJ + H�3 − �L* − �* (12)
Onde patm= pressão atmosférica no local (Nm²); pv= pressão de vapor (N\m²); Hfs= soma de
todas as perdas de carga na sucção; e HS= carga ou altura de água na sucção. E o NPSHr é,
portanto, um dado fornecido pelo fabricante.
Caso a relação entre o NPSHr e o NPSHd seja falsa, haverá cavitação. Para resolver
este problema deve-se recalcular a altura máxima de sucção substituindo o NPSHd pelo
NPSHr na equação (12) e isolando HS. Com o valor encontrado devem-se encontrar novos
valores para as grandezas que dependem da mesma como as equações descritas aqui desde a
altura monométrica até a potência nominal do motor.
Mesmo sendo devidamente escolhidas com o procedimento correto, as bombas têm a
necessidade de serem testadas com relação à pressão e rendimento, constados na chapa de
identificação do equipamento.
Deve-se também estudar se necessário a possibilidade de uma associação de bombas
em serie ou em paralelo dependendo da viabilidade.
37
3 MATERIAS E MÉTODOS
O trabalho em si tem classificação aplicada, quanto a seus fins, pois objetiva gerar
conhecimento para aplicação prática dirigida à solução de um problema específico e de
interesse local. A metodologia empregada foi a pesquisa bibliográfica. Para Barros e Lehfeld
(2007) a pesquisa bibliográfica se caracteriza pela tentativa de se resolver um problema ou
adquirir conhecimento a partir de informações dispostas em material gráfico, sonoro e
informatizado.
A pesquisa bibliográfica foi realizada em livros e documentos encontrados na
biblioteca da UFERSA (Universidade Federal Rural do Semi-Árido) e material encontrado
na internet, tais como artigos, trabalhos acadêmicos, textos, fotografias. Nesta pesquisa
buscou-se obter informações associadas ao histórico e o funcionamento da produção do sal
no RN, buscando-se também adquirir uma base teórica cientifica nas áreas de hidráulica e do
conhecimento voltado ao dimensionamento de sistemas de recalque a fim de aplicá-la na
indústria salineira.
38
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
A produção do sal no estado do Rio Grande do Norte, antes de chegar ao nível de
industrialização atual, sofria com vários problemas de produção, como localização (distante
do sudeste do país) e estrutura logística. Com o advento da Revolução Industrial o mundo
começou a se mecanizar, e, depois de muitos anos, este processo de mecanização chegou às
salinas do RN trazendo vários benefícios para a produção de sal, mas também gerou divisas
para estado e contribuiu como matéria prima para as indústrias.
Mesmo com a utilização das máquinas em grande parte das salinas do RN é de
fundamental importância o conhecimento relacionado às dimensões de funcionamento, bem
como instalações destes avanços tecnológicos, caso este conhecimento não exista, o que foi
criado para beneficiar pode gerar novos problemas. O surgimento das bombas hidráulicas e
os componentes que as auxiliam, certamente foi um dos maiores avanços na produção do
sal, solucionando principalmente problemas de controle do fluxo da água. Porém, nos dias
atuais estes mesmos dispositivos podem trazer uma série de transtornos, caso não recebam a
devida atenção.
A indústria do sal, indiscutivelmente, é de fundamental importância para o Brasil
sobre tudo para o RN, tanto sua história ocorreu entrelaçada com a deste bem tão precioso.
Com isto, pode-se relacionar a teoria de sistemas de recalque à indústria do sal para o
melhor aproveitamento ou redução dos gastos na etapa de bombeamento de sua matéria
prima, a água do mar.
Conforme a teoria apresentada, a metodologia para o dimensionamento pode ser
perfeitamente aplicada ao sistema de produção das salinas, visto que há uma necessidade de
recalcar a água do mar para os cercos inicialmente, e posteriormente transitá-la para os
outros reservatórios. A proposta do dimensionamento é bombear com uma eficiência tal que
evite perdas desnecessárias de energia material, tempo e dinheiro.
Devido à falta de valores exatos, não iremos aqui dimensionar um sistema de recalque
para uma salina, mas vamos ditar de forma objetiva o procedimento de dimensionamento,
utilizando a teoria apresentada.
Sabendo-se, através de observações cotidianas, que as salinas se instalam a uma
distância consideravelmente pequena do mar ou rio e que a altura de elevação do
reservatório ao mar é de valor baixo, menor que 2 m, se pode determinar o comprimento dos
tubos e escolher as peças especiais que irão compor a tubulação de recalque e de sucção,
39
para assim determinar as perdas de cargas contínuas e localizadas e a altura manométrica
com a equação (2). Porém, para que isto seja possível, é necessário determinar os diâmetros
teóricos, através da equação (1), e comerciais padronizados. Além das dimensões das
tubulações, devemos nos preocupar com o material a ser utilizada nas mesmas. A Tabela 4
norteia quanto os materiais mais utilizados nas diferentes áreas. Porém, deve-se fazer uma
análise mais detalhada, observando o efeito nocivo intenso da água em alguns materiais,
levando em consideração a possibilidade de revestimento do material, caso seja mais viável.
O tipo de conexão entre os tubos será determinado pela facilidade de acesso ao local da
tubulação e pela frequência da necessidade de desmonte da tubulação.
As salinas dispõem de grandes reservatórios que requerem grande volume de água
para serem cheios, e ainda, o recalque da água a ser transportada para estes reservatórios
depende parcialmente das cheias das marés, pois o sistema só pode funcionar quando a
tubulação de sucção estiver submersa; estas marés ocorrem em média uma vez durante o dia
e uma durante a noite. Partindo destas condições podemos deduzir que a vazão de recalcar
da água deve ser consideravelmente alta, para atender uma demanda de volume em um
tempo reduzido. Com estas informações e o número de rotações por minuto fornecido, pode-
se determinar o tipo de bomba a ser escolhida com a equação (5) e utilizando as relações
existentes para número específico de rotações de rotações. O valor encontra determinará o
tipo da bomba.
Escolhido o tipo de bomba para as condições de altura manométrica, vazão e rotações
por minuto; pode-se escolher a bomba utilizando um mosaico disponibilizado por algumas
empresas do ramo, denominado Diagrama de Colina. A mesma empresa fornece as curvas
características como foi mencionado no referencial teórico no item 3.1.3. Por meio do
mosaico e das curvas características da bomba, podemos encontrar a melhor bomba e assim,
com equação (10), montar a curva característica da instalação a fim de encontrar o ponto de
funcionamento da bomba, para posteriormente calcular a potência nominal do motor.
Para evitar problemas de corrosão do material dos tubos e das peças internas da
bomba, deve-se impedir o fenômeno de cavitação, deve-se limitar a altura de sucção pelo
NPSH, conforme descrito no item 3.1.3. Caso as condições envolvendo este parâmetro não
sejam atendidas, deve-se recalcular a altura de sucção através da equação (12). Para isto
admite-se que o NPSHd seja igual ao NPSHr, isola-se e calcula-se Hs; com este valor deve-
se recalcular a altura manométrica, já que Hs esta diretamente relacionada com a mesma,
pois somando-se altura de sucção com a altura de recalque teremos a altura manométrica.
40
Com a vazão requerida e nova altura manométrica plota-se o ponto de projeto e segue-se o
mesmo procedimento utilizado para encontrar o ponto cuja curva do diâmetro se encontra
acima deste.
No geral deve-se evitar a todo custo a entrada de ar na tubulação de sucção, pois este
fenômeno causado por vários fatores, é considerado um grande inimigo dos sistemas de
recalque podendo causar grandes avarias no conjunto motor-bomba.
O cuidado com as condições de instalação também é de fundamental importância para
que não haja transtornos posteriores e até mesmo acidentes. Por isso é necessário seguir as
orientações de especialistas na área ou, no mínimo, procurar informações seguras.
As edificações onde ficam as bombas, suas condições ambientais, o acoplamento do
motor à bomba, a fundação onde o conjunto motor-bomba esta situado, são cuidados que
devem ser tomados. Na construção ou montagem de algum destes elementos, no caso das
salinas, deve-se tomar medidas preventivas contra a forte maresia, presente nas regiões
litorâneas e proximidades.
41
5 CONCLUSÃO
Na análise bibliográfica, conclui-se que, no funcionamento das salinas, um sistema de
bombeamento mal dimensionado pode trazer inúmeros problemas no que diz respeito a
perdas de material e ao rendimento. O aumento dos custos de produção devido a estes
problemas estão ligados ao consumo de energia e a possíveis reposições de material perdido
em consequência do desgaste excessivo. Estes problemas foram solucionados pela teoria de
sistema de recalque apresentada, a qual pode ser aplicada sem problemas na produção de sal,
com base no grande número de aplicações em outras indústrias.
Logo se verificou a importância de se adotar o método de dimensionamento de
sistemas de recalque, especificamente na indústria salineira do Rio Grande do Norte, devido
à importância da produção do sal para esse estado, sendo de fundamental valor aperfeiçoar
cada vez mais este processo, reduzindo problemas que atrapalham o bom andamento do
processo de produção, ainda que aparentemente pequenos.
42
6 REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORAMS TECNICAS. NBR 5626. Instalação predial de água fria. Rio de Janeiro: ABNT, 2002. 41p. ARAÚJO, N. G. Chaves de; SOUSA, D. da Silva; MUSSE, N. Sathler. Sal marinho: o ouro branco do Rio Grande do Norte. In: CONGRESSO NORTE NORDESTINO DE PESQUISA E INOVAÇÃO, 7., 2012, Palmas. Anais eletrônicos... Palmas: 2012. Disponível em: <http://propi.ifto.edu.br/ocs/index.php/connepi/vii/paper/viewFile/3570/1463> Acesso em: 25 jul. 2013.
AZEVEDO NETTO, José Martiniano et al. Manual de hidráulicaN. 8 ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1998. AZEVEDO NETTO, J. Martiniano. Pequena história das bombas hidráulicas. Dae, São Paulo, v. 49, n. 154, p.15-16, 15 jan. 1989. Disponível em: <http://www.revistadae.com.br/> Acesso em: 25 jul. 2013 BARROS, Aidil J. da Silveira; LEHFELD, N. A. de Souza. Fundamentos de Metodologia Científica.3 ed. São Paulo: Pearson, 2007. BRASIL. Departamento Nacional de Produção Mineral. Sumário Mineral . Brasília, 2010. Disponível em: <https://sistemas.dnpm.gov.br/publicacao/mostra_imagem.asp?IDBancoArquivoArquivo=6350>.Aacesso em: 30 de maio de 2012. BRASIL. Instituto Nacional de Metrologia Normalização e Qualidade Industrial. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Sal para Consumo Humano. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/sal2.asp#marcas>. Acesso em: 2 set. 2013. BRUNETTI, Franco. Mecânica dos Fluidos. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2008. COMÉRCIO E INDÚSTRIA DE MOAGEM E REFINAÇÃO SANTA CECÍLIA LTDA (Rio Grande do Norte). Consumo Industrial. Disponível em: <http://www.cimsal.com.br/?main=consumoindustrial>. Acesso em: 27 jul. 2013. COSTA, Diógenes Félix da Silva et al. Breve revisão sobre a evolução histórica da atividade salineira no estado do Rio Grande do Norte. Revista Sociedade & Natureza, Uberlândia, v. 25, n. 1, p.21-34, 15 jan. 2013. Trimestral. Disponível em: <http://www.seer.ufu.br/index.php/sociedadenatureza/article/view/13884/pdf_1> Acesso em: 25 ago. 2013. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA (Brasil). Importância da suplementação mineral para bovinos de corte. Disponível em:
43
<http://www.cnpgc.embrapa.br/publicacoes/doc/doc114/index.html>. Acesso em: 2 set. 2013. EMPRESA NORTE SALINEIRA (Areia Branca). Como o sal é produzido na Salina Miramar. Disponível em: <http://www.norsal.com.br/como_produz/produzido.html>. Acesso em: 19 jul. 2013. FOX, Robert W.; PRITCHARD, Philip J; MCDONALD, Alan T. Introdução a Mecânica dos Fluidos. 7º ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. HOUGHTALEN, R. J.; HWANG, N. H. C.; AKAN, A. Osman. Engenharia Hidráulica. 4 ed. São Paulo: Pearson, 2012. KSB (Brasil). Catalogo KSB: Manual Técnico e curvas características. Disponível em: <http://www.ksb.com.br/frame.htm>. Acesso em: 18 ago. 2013. MACINTYRE, Archibald Joseph. Bombas e Instalações de Bombeamento. 2 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. MAIA, Geraldo. O Sal para o Rio Grande do Norte. Disponível em: <http://www2.uol.com.br/omossoroense/090605/nhistoria.htm>. Acesso em: 19 jul. 2013. MAIA, Manuel Thiago de Araújo. Circuito espacial de produção de sal: o uso do território do município de Macau/RN pelas indústrias salineiras. 2011. 161 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Geografia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2011. Cap. 2. Disponível em: <http://bdtd.bczm.ufrn.br/tde_arquivos/16/TDE-2012-04-03T073610Z-4040/Publico/ManuelTAM_DISSERT.pdf>. Acesso em: 2 set. 2013. ALIMENTAÇÃO SAUDÁVEL: SEU GUIA DE NUTRIÇÃO. Sódio. Disponível em: <http://www.alimentacaosaudavel.org/Sodio.html>. Acesso em: 2 set. 2013 QUINTELA, António de Carvalho. Hidráulica. 2. ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1981. ROSADO, Vight-un; ROSADO, América. O Território do Sal. Mossoró: Coleção O Mossoroense, 1994. Disponível em: <http://www.colecaomossoroense.org.br/acervo/o_territorio_do_sal.pdf>. Acesso em: 25 jul. 2013. SANTOS, Sérgio Lopes dos. Bombas e Instalações Hidráulicas. São Paulo: LCTE, 2007. WHITE, Frank M. Mecânica dos Fluidos. 6. ed. Porto Alegre: AMGH, 2011.
