ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS: FUNCIONAMENTO E
APLICAÇÕES
BUENO, Jéssica Alves
COSTA JÚNIOR, Vandir Divino da
LIBÂNIO, Cássio Santos
MACHADO, Tatiane Ferreira
Discentes do 4º ano do curso de Eng. Civil, UFMT, Barra do Garças-MT
RESUMO
Este artigo visa estudar as aplicações
e funcionamento de Estações Elevatórias sejam elas para aplicação em
sistemas de água ou de esgotamento sanitário.
As estações elevatórias são dispositivos fundamentais no
que diz respeito à transposição de barreiras físicas com significativas
diferenças de nível que não podem ser vencidas apenas com a força da gravidade.
Baseiam-se em um sistema moto-bomba que fornece ao fluido transportado a carga
necessária para transpor obstáculos.
Palavras-chave:
Moto-bomba, elevatórias, esgoto
INTRODUÇÃO
Um dos componentes fundamentais para o funcionamento e
implantação dos sistemas, sejam de esgotamento sanitário ou de fornecimento de
água, são as estações elevatórias que por definição segundo a NBR 12.208 (1992)
são instalações destinadas ao transporte de esgoto de nível do poço de sucção
das bombas até o ponto do nível de descarga que se dá pelo acompanhamento das
vazões do afluente. O componente principal do sistema é a bomba, responsável pelo fornecimento da carga necessária para que o sistema possa
vencer os obstáculos. De modo geral, considera-se sua utilização apenas em
casos últimos, por se tratar de um dispositivo de alto custo e que demanda
considerável gasto de energia elétrica.
Objetivos e
classificação das bombas
O principal objetivo da estação elevatória é transpor
líquidos de pontos mais baixos para pontos mais elevados. Pode ser utilizada
para diversas finalidades, entre elas pode-se destacar captação de água,
tratamento de esgoto e dutos para fluidos.
As bombas são classificadas em duas classes principais:
bombas volumétricas e turbo bombas. As bombas volumétricas são utilizadas
somente quando as tubo bombas não conseguem atender as necessidades. São
constituídas de câmara e órgão propulsor, que transmite energia de pressão ao
líquido, fazendo-se a sucção da água. Um exemplo é a bomba tipo pistão. Já as
turbobombas chamadas de bombas hidráulicas, possuem órgãos principais e
auxiliares, que podem variar de acordo com o seu uso. Os órgãos principais são:
rotor e difusor, órgão auxiliares: rolamentos, caixa de gaveta, acoplamentos,
eixo, anéis de desgaste, base e outras. Os rotores podem ser fechados,
semi-aberto ou aberto. Os fechados são utilizados para água tratada ou potável,
os semi-abertos para água bruta sedimentada e os abertos para bombeamentos de águas residuais ou bruta de
má qualidade.
Projeto de
estações elevatórias
Para a
determinação do local adequado à implantação da estação elevatória, devem ser
levados em consideração os seguintes fatores, de importância ponderada em
função das condições técnicas e econômicas de cada projeto:
a) desnível
geométrico;
b) traçado da
tubulação de recalque, conforme prescrições da NBR 12215;
c)
desapropriação;
d) acessos
permanentes para veículos de transporte;
e) proteção
contra inundações e enxurradas;
f) estabilidade
contra erosão;
g) atendimento
das condições presentes e futuras;
h)
disponibilidade de energia elétrica;
i) remanejamento
de interferências;
j) métodos
construtivos e obras para implantação de fundações e estruturas;
k) segurança
contra assoreamento;
l) NPSH
disponível;
m) possibilidade
de carga para sucção positiva.
Deve ser
fornecida a memória de cálculo do dimensionamento do conjunto motor bomba,
contendo:
a) a
determinação das vazões de projeto do sistema de bombeamento, levando-se em
conta as condições operacionais do sistema de abastecimento. As vazões a
recalcar devem ser determinadas a partir da concepção básica do sistema,
conforme prescrito na NBR-12211;
b) o
levantamento da curva característica do sistema de recalque;
c) o ponto de
operação da bomba através de gráficos, apresentando a intersecção entre a curva
característica da bomba ou a curva característica para uma associação de bombas
e a curva característica do sistema de recalque;
d) os desenhos
dimensionais de bombas e motores certificados, emitidos pelo fabricante e os
respectivos manuais.
Devem ser
especificados conjuntos motor bomba com as seguintes características:
a) tipo:
centrífuga (radial);
b) com coletor
em forma de caracol (voluta);
c) aspiração
simples (unilateral) ou, preferencialmente, aspiração dupla (bilateral);
d) carcaça em
ferro fundido partida radialmente ou partida axialmente, preferencialmente;
e) conexões
flangeadas em conformidade com a ISO 2531 (NBR 7675), preferencialmente. O
conjunto girante da bomba deve ser retirado sem desfazer as conexões com as tubulações;
f) rotor
fechado;
g) quanto ao
número de rotores: simples estágio, preferencialmente;
h) rotor em
bronze, preferencialmente, ou em ferro fundido. Rotores em liga de
alumínio/silício
somente poderão ser usados para bombas com potência igual ou inferior a 3 cv;
i) anéis de
desgaste substituíveis em bronze, quando aplicável;
j) eixo em
aço-carbono ou, preferencialmente, em aço inoxidável;
k) buchas do
eixo em bronze, quando aplicável;
l) vedação por
gaxetas ou selo mecânico;
m) mancais de rolamentos
lubrificados a graxa. Os rolamentos devem ser protegidos por anéis de vedação
para o eixo contra penetração de respingos procedentes da caixa de gaxetas;
n) quanto à
disposição construtiva: horizontais ou verticais (in-line);
o) acoplamento,
quando aplicável, do tipo flexível com elemento elástico de borracha e proteção
mecânica contra contatos acidentais;
p) acionamento
por motor elétrico trifásico, classe de isolamento “F”, fator de serviço 1,15,
grau de proteção mínimo IP-55, de corrente alternada, com tensão nominal de 220
V ou 440 V, com dimensões de fixação e potências nominais em atendimento ao
disposto na norma NBR 5432. Os motores com potência acima de 50 cv devem ser do
tipo alto rendimento;
q) número de
rotações em torno de 1750 ou 3500 rpm;
r) bomba com
curva característica do tipo estável.
As bombas devem
ser colocadas com o motor elétrico voltado para fora da unidade ou para via de
acesso, com a finalidade de simplificar a remoção do mesmo e deve estar a uma
distancia mínima de 1m de qualquer obstáculo, seja parede ou não.
Deve ser
fornecida a memória de cálculo da tubulação, contendo:
a)
dimensionamento do diâmetro das tubulações em função das velocidades máximas e
mínimas recomendadas, das perdas de carga e de critérios econômicos;
b) cálculo da
espessura da parede dos tubos em função do diâmetro, pressão do fluido, tensão
admissível do material e golpe de aríete.
As plantas de
tubulação devem ser desenhos feitos em escala, contendo o traçado das
tubulações, representadas em projeção horizontal, com a indicação dos
respectivos diâmetros. As válvulas e acessórios de tubulação devem ser
representados. Nas plantas de tubulação devem figurar as elevações de todas as
tubulações e as distâncias entre tubos paralelos e todas as cotas importantes
da tubulação.
Além de todas as
tubulações com válvulas e acessórios, esses desenhos devem também mostrar o
seguinte:
a) todos os
suportes de tubulação;
b) todas as
bombas e os respectivos motores, com a indicação do desenho de contorno das
bases dos mesmos;
c) planta baixa
da estação elevatória, indicando: portas, janelas, aberturas para ventilação,
linha de centro da monovia e outros elementos que se fizerem necessários;
d) relação de
peças das tubulações com as respectivas especificações;
e) desenhos de projeção
vertical (cortes).
Os tubos devem
ser de aço-carbono segundo a norma NBR 9797, projetado para ter uma
sobre-espessura para corrosão de 1,2 mm e extremidades com pontas chanfradas
para solda de topo. Podem ainda ser utilizados os tubos de aço-carbono que
atendam as normas NBR 5590 (ASTM A-53) ou NBR 6321 (ASTM A-106). Não devem ser
utilizados tubos de ferro fundido no interior da estação elevatória.
Antes de ser
iniciada a montagem de qualquer sistema de tubulações todas as bombas devem já
estar instaladas sobre as suas bases. Todas as bombas devem ter bases próprias,
não se admitindo que fiquem penduradas ou
suportadas pelas tubulações. Na montagem de tubulações é necessário que
seja observado com o maior rigor possível o alinhamento entre as varas de tubo
e as peças pré-montadas. Não é permitido que, durante a montagem, se tenha
tubos ou outras peças em posição não suportada, fazendo peso ou introduzindo
momentos sobre flanges de bombas. Não é permitido que se corrija
desalinhamentos entre flanges através do emprego de parafusos.
Depois do aperto
concluído, as porcas devem ficar completamente roscadas no corpo dos parafusos,
e os estojos devem ficar com extremidades de igual comprimento sobressaindo nas
porcas. Depois de terminada a montagem deve-se fazer a limpeza interna completa
das tubulações, observando-se os possíveis depósitos de detritos nas sedes das
válvulas e interior dos rotores de bombas, e a desinfecção usando compostos
clorados em conformidade com a norma NBR 10156.
Quanto às condições gerais para o projeto devem ser
fornecidos desenhos da arquitetura e urbanismo; instalação hidráulica; das
fundações e superestrutura dimensionadas conforme as normas NBR 6122 e NBR
6118; das instalações elétricas de força e iluminação, dimensionadas conforme
as normas NBR 1039 e NBR 5410.
A sala de bombas deve abrigar os conjuntos elevatórios,
incluindo os elementos de montagem, hidráulicos e eletromecânicos
complementares, os dispositivos de serviço para manobra e movimentação das
unidades, em como permitir facilidade de locomoção, manutenção, montagem,
desmontagem, entrada e saída de equipamentos. E o seu acesso deve estar situado
acima da cota de máxima enchente para não comprometer a operação.
O piso da sala de bombas deve contar cota máxima possível,
visando à drenagem por gravidade de água oriunda de grandes vazamentos, ou em
casos em que o piso fica situado abaixo do nível da água do poço de sucção, o
assentamento das bombas deve ser feito como para instalação sujeita a
alagamentos.
Quanto ao bloco de fundação para o conjunto motor bomba,
este deve ter altura mínima sobre o piso acabado de 0,3m e construído com traço
de 1:2: quatro (cimento-areia-pedra britada) e armado em todos os sentidos, e
possuir massa de pelo menos 5 vezes a massa do conjunto motor bomba. Entre a
superfície de contato da base metálica com o bloco de fundação devem ser
colocadas, ao lado dos chumbadores, placas metálicas de mesma espessura para
apoio da base, sendo fixadas com argamassa junto aos chumbadores.
As alvenarias devem ser de blocos cerâmicos furados ou
blocos de concreto e recomenda-se que as primeiras 3 fiadas de tijolos sejam
mergulhadas em emulsão asfáltica e só após a secagem seja feito o assentamento,
isto serve para evitar que a água do solo suba por capilaridade. É aconselhável
utilizar argamassa utilizar argamassa pré-fabricada. A espessura da parede deve
ser de 15 cm.
Estudo de caso:
Implantação de elevatórias em Aragarças, GO.
Em cidades em que existe a coleta de esgoto, estima-se
que em torno de 80% do consumo de água em uma residência passa a ser coletado
pela rede. Assim, quase todo o volume de esgoto captado em uma rede é
constituído em sua maioria por água e apenas uma pequena fração se constitui de
resíduos sólidos.
A estação de tratamento faz-se necessário mesmo em
municípios pequenos com redes coletoras de pequeno porte, como o município de
Aragarças, no estado de Goiás, localizado a aproximadamente 430 km da capital
Goiânia, onde se iniciou a implantação de uma estação de tratamento de esgoto que
tem como previsão atender os diversos bairros da região, com estimativa de
crescimento para os próximos anos. Assim esta rede que atende todo o município
é constituída por diversos canais, ou seja, uma rede canalizada que por
gravidade destina todo o resíduo até a estação de tratamento.
Para o município em questão, foram necessárias a
implantação de 4 estações elevatórias para diferentes pontos da cidade,
principalmente nos setores mais próximos as margens do rio Araguaia, que forma
a divisa do município com o estado de Mato Grosso. Juntas formam um sistema
integrado capaz de conduzir todos os resíduos gerados até a estação de
tratamento que se encontra numa das partes mais altas da cidade. Para a
condição apresentada pelo relevo local, uma região de planícies devido a
existência de curso d’água, tornou-se indispensável a implantação das estações
elevatórias. A implantação das mesmas se foi dividida em dois diferentes
sistemas seguindo a orientação imposta pela avenida principal. A seu lado
esquerdo duas delas conduzem o fluido das edificações as margens do rio ou
próximas a ela até uma malha única e nelas é fornecida a carga necessária para
que todo o esgoto chegue até seu destino final e para o lado direito o
funcionamento segue o mesmo padrão.
Considerações
É inegável a importância da implantação de estações
elevatórias em casos em que a diferença de nível se torna um obstáculo,
entretanto para todos os casos se é conveniente o estudo prévio que de fato
constate a implantação dessas sistemas em sistemas de esgoto, caso onde seu uso
é mais considerado, pois esses dispositivos demandam altos investimentos bem
como atenção no que diz respeito a seu funcionamento e manutenção.
Referências
bibliográficas
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Sanitário - Operação e manutenção de estações elevatórias de esgoto. Disponível em: <http://nucase.desa.ufmg.br/wp-content/uploads/2013/07/ES-OMEE.1.pdf>.
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Acesso em 21/03/2014.
OLIVEIRA, I. Técnicas de regado. Cap. 08 – Estações
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Acesso em: 21/03/2014.
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