Estações elevatórias: funcionamento e aplicações

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

Recesa. 2008. Esgotamento 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>. Acesso em: 21/03/2014.

Pensamento Verde. Como funciona uma estação elevatória de esgoto? Disponível em: < http://www.pensamentoverde.com.br/meio-ambiente/como-funciona-uma-estacao-elevatoria-de-esgoto/>. Acesso em 21/03/2014.

OLIVEIRA, I. Técnicas de regado. Cap. 08 – Estações Elevatórias. Disponível em: <http://www.tecnicasderegadio.info/index.php/principios-de-hidraulica/cap8-estacoes-elevatorias>. Acesso em: 21/03/2014.

CEDAE. Norma geral para projeto e construção de estações elevatórias de água. Disponível em: < http://www.cedae.com.br/div/normacedaeelevatoriaagua.pdf>. Acesso em: 21/03/2014.

CARMO JÚNIOR, G. N. R. C. Elevatórias de Esgoto Sanitário. Disponível em: <http://www.engenhariaambiental.unir.br/admin/prof/arq/SE_aula%209_2010.pdf>. Acesso em: 21/03/2014.