Manual LENHS UFRGS_05 04

Prévia do material em texto

Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS/UFRGS) 
UFRGS - Campus do Vale - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - Pavilhão Marítimo 
Avenida Bento Gonçalves, nº 9500, Bairro: Agronomia, Porto Alegre - RS. 
E-mail: lenhs-iph@ufrgs.br - Telefone: (51)3308 - 6114 
 
 
 
 
 
 
Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS/UFRGS) 
UFRGS - Campus do Vale - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - Pavilhão Marítimo 
Avenida Bento Gonçalves, nº 9500, Bairro: Agronomia, Porto Alegre - RS. 
E-mail: lenhs-iph@ufrgs.br - Telefone: (51)3308 - 6114 
 
APRESENTAÇÃO 
 
A carência estrutural e operacional nos sistemas de saneamento do Brasil tem 
motivado profissionais da esfera pública e privada a criar ações e medidas que 
contribuam para o desenvolvimento desse setor. Paralelamente, a atual forma 
de gestão dos recursos hídricos do país, que está intensamente ligada ao 
saneamento, tem contribuído para o agravamento dos problemas energéticos 
como a diminuição dos níveis de água nas barragens das usinas hidrelétricas e 
a ativação de usinas termo elétricas. Esses problemas têm resultado na 
intensificação do uso dos recursos naturais e no aumento tanto da poluição 
ambiental como dos custos da energia elétrica. 
 
Sendo o abastecimento de água o sistema de saneamento com o maior 
consumo de energia elétrica, muitas das ações para o desenvolvimento desse 
setor visam a eficiência operacional para a redução do deste consumo. Tendo 
o apoio do Ministério da Educação (através do Programa de Apoio à Extensão 
Universitária - PROEXT 2015), UFRGS (Pró-reitora de Extensão) e Eletrobrás, 
o desenvolvimento deste manual constitui uma ação que objetiva divulgar 
procedimentos que ajudem no aumento da eficiência energética e hidráulica 
nos sistemas de abastecimento de água e redução do consumo de energia 
elétrica nos sistemas de bombeamento de água. 
 
 
 
Porto Alegre, 21 de Março de 2016 
 
Marcelo Giulian Marques 
Coordenador do LENHS/UFRGS 
 
 
 
 
 
Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS/UFRGS) 
UFRGS - Campus do Vale - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - Pavilhão Marítimo 
Avenida Bento Gonçalves, nº 9500, Bairro: Agronomia, Porto Alegre - RS. 
E-mail: lenhs-iph@ufrgs.br - Telefone: (51)3308 - 6114 
EQUIPE TÉCNICA - LENHS/UFRGS 
COORDENAÇÃO 
 
· Prof. Dr. Marcelo Giulian Marques 
 
Engenheiro Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1980), mestre em Recursos Hídricos e Saneamento 
Ambiental pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1991) e doutor pelo Département de Génie Civil - 
Universite Laval (1995) - Canadá. Atualmente é professor Titular da Universidade Federal do Rio Grande do Sul 
 
· Prof. Dr. Paulo Kroeff de Souza 
 
Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1967), concluiu o doutorado em Docteur 
Ingénieur - Universite de Paris VII - (1975). Atualmente é Professor Associado Aposentado da Universidade Federal 
do Rio Grande do Sul. Atua na área de Instrumentação, com ênfase em Sistemas Eletrônicos de Medida e de 
Controle. 
 
· Prof. Dr. José Almir Rodrigues Pereira 
 
Doutor em Engenharia Hidráulica e Saneamento (EESC-USP no ano 2000), Mestre em Recursos Hídricos (UFPB 1991) 
e Engenheiro Sanitarista (UFPA 1989). Atualmente é Professor Associado IV da Universidade Federal do Pará, 
coordenando o Grupo de Pesquisa Hidráulica e Saneamento (GPHS) e o Laboratório de Eficiência Energética e 
Hidráulica em Saneamento – LENHS/UFPA. 
 
Alunos de Pós-Graduação 
 
· Raynner Menezes Lopes 
 
Engenheiro Sanitarista e Ambiental (2013) e Mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Pará (2015). É 
doutorando em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental no Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade 
Federal do Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS). 
 
· Jóice Cristini Kuritza 
 
Engenheira Ambiental pela Universidade Estadual do Centro-Oeste (2010). Mestre em Ciências Florestais pela 
mesma instituição (2012). Atualmente é doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e 
Saneamento Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e professora substituta no Instituto 
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul em Caxias do Sul. 
 
· Mariane Kempka 
 
Engenheira Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2012), mestre em Recursos Hídricos e Saneamento 
Ambiental pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2014). Atualmente faz parte do grupo de pesquisadores 
do Laboratório de Obras Hidráulicas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do 
Sul. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS/UFRGS) 
UFRGS - Campus do Vale - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - Pavilhão Marítimo 
Avenida Bento Gonçalves, nº 9500, Bairro: Agronomia, Porto Alegre - RS. 
E-mail: lenhs-iph@ufrgs.br - Telefone: (51)3308 - 6114 
· Elisa Alberton Machado 
 
Engenheira Ambiental pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2010), especialista em Eficiência Energética 
pela SENAI (2013). Atualmente é mestranda no Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento 
Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). 
 
 
Alunos de Graduação 
 
· Guilherme Santanna Castiglio 
 
Técnico em Eletrotécnica pela Fundação Liberato Salzano Vieira da Cunha (2009). Atualmente é graduando em 
Engenharia de Energia na Universidade Federal do Rio Grande do Sul e desenvolve atividades dentro do projeto de 
extensão em eficiência energética e diagnóstico hidroenergético em sistemas de abastecimento de água no 
Laboratório de Obras Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 
 
· Giovani da Silva Camponogara 
 
Graduando do curso de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Desenvolve 
atividades dentro do projeto REDECOPE no Laboratório de Obras Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande 
do Sul. 
 
· Eduardo Pivatto Marzec 
 
Graduando do curso de Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Desenvolve atividades 
dentro do projeto de extensão em eficiência energética e diagnóstico hidroenergético em sistemas de abastecimento 
de água no Laboratório de Obras Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 
 
· Pedro Zulian Lunardi 
 
Graduando do curso de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Desenvolve 
atividades dentro do projeto de extensão em eficiência energética e diagnóstico hidroenergético em sistemas de 
abastecimento de água no Laboratório de Obras Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 
 
· Guilherme Azambuja 
 
Graduando do curso de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Desenvolve 
atividades dentro do projeto de extensão em eficiência energética e diagnóstico hidroenergético em sistemas de 
abastecimento de água no Laboratório de Obras Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 
 
 
 
 
 
Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS/UFRGS) 
UFRGS - Campus do Vale - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - Pavilhão Marítimo 
Avenida Bento Gonçalves, nº 9500, Bairro: Agronomia, Porto Alegre - RS. 
E-mail: lenhs-iph@ufrgs.br - Telefone: (51)3308 - 6114 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 8 
2 SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA ............................................. 9 
3 BOMBAS HIDRÁULICAS ......................................................................... 10 
3.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS............................................................................................... 11 
3.1.1 Classificações....................................................................................................... 12 
3.1.2 Alturas geométricas, manométricas, potências e rendimentos ......................... 14 
3.1.3 NPSH (Net Positive Suction Head) ....................................................................... 16 
3.1.4 NPSH disponível .................................................................................................. 17 
3.1.5 Curvas de bomba ................................................................................................. 20 
3.1.6 Seleção do tipo de bomba (radial, axial ou mista) .............................................. 21 
4 PERDAS DE CARGA HIDRÁULICA, CURVA DO SISTEMA E PONTOS 
DE OPERAÇÃO............................................................................................... 22 
4.1 PERDAS DE CARGA DISTRIBUÍDAS ............................................................................... 22 
4.1.1 Equação de Darcy - Weisbach ............................................................................. 22 
4.1.2 Número de Reynolds (Re) ................................................................................... 22 
4.1.3 Coeficiente de atrito (f) ....................................................................................... 23 
4.1.4 Equação de Hazen-Willams ................................................................................. 23 
4.2 PERDAS DE CARGA LOCALIZADAS ............................................................................... 24 
4.2.1 Perda de carga pelo coeficiente (K)..................................................................... 24 
4.3 CURVAS DO SISTEMA E PONTOS DE OPERAÇÃO ........................................................ 24 
4.3.1 Associação de bombas ........................................................................................ 27 
5 REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA EM SISTEMAS DE 
BOMBEAMENTO DE ÁGUA ........................................................................... 29 
5.1 MONITORAMENTO DE GRANDEZAS HIDRÁULICAS ..................................................... 33 
5.1.1 Vazão ................................................................................................................... 33 
5.1.2 Pressão ................................................................................................................ 35 
5.1.3 Rotação do conjunto motor bomba .................................................................... 36 
5.1.4 Nível ..................................................................................................................... 36 
5.2 MEDIÇÕES DE GRANDEZAS ELÉTRICAS ....................................................................... 37 
5.3 REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PELO AUMENTO DA EFICIÊNCIA DAS 
UNIDADES DO SISTEMA .......................................................................................................... 38 
 
 
 
 
 
Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS/UFRGS) 
UFRGS - Campus do Vale - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - Pavilhão Marítimo 
Avenida Bento Gonçalves, nº 9500, Bairro: Agronomia, Porto Alegre - RS. 
E-mail: lenhs-iph@ufrgs.br - Telefone: (51)3308 - 6114 
5.4 REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PELA MODIFICAÇÃO DA OPERAÇÃO 
DO SISTEMA ............................................................................................................................ 38 
5.4.1 Alteração do sistema bombeamento-reservação ............................................... 39 
5.4.2 Uso de inversores de frequência ......................................................................... 39 
5.5 ENSAIOS EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO .............................................................. 39 
5.5.1 Levantamento da curva da bomba ..................................................................... 40 
5.5.2 Levantamento da curva do sistema .................................................................... 43 
6 REFERÊNCIAS ......................................................................................... 45 
ANEXO...........................................................................................................................37 
 
 
 
 
 
Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS/UFRGS) 
UFRGS - Campus do Vale - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - Pavilhão Marítimo 
Avenida Bento Gonçalves, nº 9500, Bairro: Agronomia, Porto Alegre - RS. 
E-mail: lenhs-iph@ufrgs.br - Telefone: (51)3308 - 6114 
 
 
 
 
 
8 
 
1 INTRODUÇÃO 
Em meados da década de 60, no Brasil, o extinto Banco Nacional de Habitação 
(BNH) passou a liderar o financiamento de obras de saneamento no país. Por 
conta disso, os subsídios concedidos ao fornecimento de energia elétrica para 
os sistemas de saneamento básico eram elevados. A partir da década de 70, 
os benefícios foram retirados gradativamente, fazendo com que as 
concessionárias de abastecimento de água e esgotamento sanitário 
passassem a buscar formas de reduzir o consumo de energia elétrica, já que o 
setor é responsável por grande parte de suas despesas operacionais 
(TSUTIYA, 2006). 
Com isso, surgiram as primeiras iniciativas, por parte das concessionárias de 
saneamento, para reduzir o consumo de energia elétrica. A Companhia de 
Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) em 1983, por 
exemplo, criou o “PO-06-Programa Operacional para Redução de Despesas 
com Energia Elétrica”, em função dos valores tarifários acima dos índices 
inflacionários. 
Em 2001, a crise energética culminou em um intenso racionamento de energia 
elétrica no país. Desta forma, em 2003, a ELETROBRAS/PROCEL instituiu o 
PROCEL SANEAR (Programa de Eficiência Energética em Saneamento 
Ambiental). Até 2005, estavam previstos investimentos, nesse programa, da 
ordem de R$ 10 milhões, constituindo meta a redução em 20% no consumo de 
energia elétrica no setor de saneamento, para se obter benefícios nas áreas de 
saúde e meio ambiente (BRASIL, 2006). 
Em 2015, os baixos níveis dos reservatórios das usinas hidrelétricas e 
consequente acionamento de usinas termoelétricas resultaram no aumento da 
tarifa de energia. O aumento veio como um incentivo à redução do consumo de 
energia elétrica em todos os setores produtivos do país. 
A intensa preocupação com a redução do consumo de energia elétrica no 
saneamento é justificável, já que, de acordo com Brasil (2013), dos R$28.267,3 
milhões gastos por concessionárias de saneamento cadastradas no Sistema 
Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) no ano de 2013, mais de 
10% provém do consumo de energia elétrica, sendo que cerca de 90% dessa 
energia consumida é utilizada os sistemas de bombeamento de água e esgoto 
(GOMES, 2009). Com isso, é necessária a tomada de medidas que busquem a 
redução desse consumo nas estações de bombeamento. Tais medidas podem 
ser administrativas, operacionais e até mesmo na concepção e projeto do 
sistema. 
Neste manual, objetiva-se divulgar conceitos básicos relacionados aos 
sistemas de bombeamento e indicar medidas que podem ser adotadas para 
aumentar a eficiência energética e hidráulica dos sistemas de recalque, de 
forma a diminuir consumo de energia.
 
 
 
 
 
9 
 
2 SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
a) 
Os Sistemas de Abastecimento de Água (SAA), de modo geral, apresentam 
concepção muito variável. Essa concepção depende de fatores como posição e 
distância em relação ao manancial de captação, topografia e porte da cidade. 
A configuração geral de um SAA é composta das seguintes unidades: 
 
· Manancial - corpo hídrico superficial ou subterrâneo do qual será 
retirada a água para o abastecimento. Deve fornecer vazão suficiente 
para o horizonte de projeto do SAA.· Captação - obra hidráulica que tem a função de retirar água do 
manancial. Existem vários tipos de captação para os mananciais de 
superfície, que estão relacionadas com a topografia, a geologia, o nível 
e a qualidade da água, por exemplo. A captação direta, os canais de 
regularização e derivação e as barragens de nível são alguns dos 
sistemas de captação utilizados. 
 
· Estação Elevatória (EE) - Estrutura utilizada para elevar água bruta ou 
tratada de uma cota a outra ou para aumentar a pressão na rede 
(booster) de um sistema de abastecimento. Nessas estações, 
geralmente são utilizadas as bombas centrífugas, que succionam a água 
do poço de sucção e recalcam para outra unidade do sistema, no caso, 
Estação de Tratamento de Água (ETA), reservatório ou rede. 
 
· Adutora - Canalização, de diâmetro relativamente grande, utilizada para 
conduzir água bruta ou tratada entre as unidades do sistema de 
abastecimento. Essa unidade pode operar por gravidade, por recalque e 
de forma mista. 
 
· Estação de Tratamento de Água (ETA) - Unidade do SAA responsável 
por tratar, por meio de produtos químicos, a água bruta, enquadrando-a 
nos padrões de potabilidade, para que possa ser distribuída à 
população. 
 
· Reservatório - Estrutura utilizada para o acúmulo de água entre as 
unidades do SAA e para a regularização das vazões e pressões. Os 
reservatórios podem ser enterrados, semienterrados, apoiados ou 
elevados. 
 
· Rede de distribuição - Unidade do SAA constituída por um conjunto de 
tubulações destinadas a conduzir água até os pontos de consumo 
 
De modo geral, um sistema de abastecimento apresenta a 
configuração observada na Figura 1. 
 
 
 
 
 
10 
 
Figura 1 - Sistema de abastecimento de água. 
 
 
 
As tipologias de um sistema de abastecimento de água podem ser 
observadas na Figura 2. 
 
Figura 2 - Tipologias dos sistemas de abastecimento de água. 
 
 
RAP – reservatório apoiado 
REL – reservatório elevado 
 
3 BOMBAS HIDRÁULICAS 
 
São máquinas de fluxo utilizadas para transporte de água, 
transferindo energia mecânica fornecida por uma fonte (um motor elétrico, por 
 
 
 
 
11 
 
exemplo) em energia hidráulica na forma de energia cinética e/ou de pressão. 
Esta energia transferida pela bomba ao fluido apresenta inúmeras aplicações 
em diversos setores produtivos. No fornecimento de água, podem ser 
utilizadas, na irrigação, no abastecimento de água no meio urbano e rural, para 
aumentar a pressão na rede de distribuição (booster), etc. Resumidamente, em 
todas as atividades que se queira deslocara água para um ponto a outro. 
Nestes casos é necessária a instalação de uma estação elevatória ou de 
recalque. As bombas hidráulicas podem ser classificadas como turbo bombas 
ou volumétricas (Figura 1). Neste manual, será dado o enfoque nas bombas 
centrífugas, que são as mais utilizadas no saneamento. 
 
Figura 3 - Classificação das máquinas de fluido. 
 
 
3.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS 
 
Caracterizam-se pela presença de um componente girante (rotor) dotado de 
pás. Esse componente é responsável pela conversão da energia motriz, 
fornecida pelo motor e recebida pela bomba, em energia hidráulica. Na Figura 
4 pode ser observada a configuração básica de uma bomba centrífuga. 
 
 
 
 
12 
 
 
Figura 4 - Configuração de uma bomba centrífuga. 
 
 
Os tipos de rotores utilizados em bombas centrífugas são observados na 
Figura 5. 
 
Figura 5–Tipos de rotores utilizados em bombas centrífugas. 
 
Fonte: Motta (1982). 
 
3.1.1 Classificações 
 
As bombas centrífugas podem ser classificadas em: 
 
b) Bombas radiais – o sentido do fluxo mantém-se perpendicular ao eixo 
do rotor (Figura 6). 
 
 
 
 
13 
 
 
Figura 6–Bomba de fluxo radial. 
 
 
As bombas radiais são utilizadas para elevar pequenas vazões a grandes 
cotas, como é o caso de sistemas de recalque para reservatórios elevados. 
c) Bombas de fluxo axial – o sentido do fluxo se mantém paralelo ao eixo 
do rotor (Figura 7). 
São muito utilizadas para transportar grandes vazões em pequenas alturas, 
como é o caso de grandes sistemas de captação de água. 
 
Figura 7–Bomba de fluxo axial. 
 
d) Bombas de fluxo misto – o sentido do fluxo é radial e axial (Figura 8). 
São mais apropriadas para alturas e vazões intermediárias. 
 
 
 
 
14 
 
 
Figura 8–Bomba de fluxo misto. 
 
 
3.1.2 Alturas geométricas, manométricas, potências e rendimentos 
 
Basicamente, um sistema de bombeamento é composto de tubulação de 
sucção, conjunto motor e bomba (CMB) e tubulação de recalque. A bomba 
pode trabalhar de modo convencional, afogada ou na forma de booster. Nesta 
última configuração, a bomba aumenta a pressão/vazão no sistema. Na Figura 
9 são observadas as configurações básicas de um sistema de bombeamento. 
 
Figura 9 - Configurações básicas de um sistema de bombeamento e suas 
alturas geométricas. 
 
 
 
 
 
 
15 
 
 
No modo convencional, para que a bomba consiga elevar a água de uma cota 
específica para uma cota superior, é necessário que esta forneça energia 
suficiente para que o líquido vença a distância entre esses níveis (altura 
geométrica), além dos atritos entre o líquido e as paredes internas das 
tubulações de sucção e de recalque (perda de carga hidráulica). À soma 
desses dois elementos a serem vencidos dá-se o nome de altura 
manométrica do sistema, conforme observado na Equação 1. 
 
 Equação 1 
 
Onde: 
HMAN - Altura manométrica; 
HT - Altura geométrica total; 
∆HT - Perda de carga hidráulica. 
 
Na operação de um CMB há um processo de conversões de energias que, na 
forma de potências, são transferidas desde a rede elétrica até o líquido 
bombeado. Na Figura 10 as potências são indicadas. 
Figura 10 - Potências existentes em um CMB. 
 
 
Para que o fluido vença as alturas geométricas e perdas de carga, é necessário 
que este receba a potência em quantidade suficiente para tal finalidade. A 
energia total entregue ao fluido pela bomba é a altura manométrica da bomba 
do sistema, recebida por cada unidade de peso do fluido bombeado 
(energia/peso) (GOMES 2009). A energia, na forma de potência, que deve ser 
fornecida pelo motor à bomba para que o líquido bombeado vença a altura 
manométrica do sistema pode ser expressa pela Equação 2. 
 
 
 
 
 
16 
 
 
P - Potência (cv); 
 - Peso específico do líquido (Kgf/m³); 
Q - Vazão (m³/s); 
HMAN - Altura manométrica (m); 
 - rendimento (%). 
 
3.1.3 NPSH (Net Positive Suction Head) 
 
A expressão “NPSH” (“Net Positive Suction Head“ ou altura positiva liquida de 
aspiração) representa a carga mínima medida na entrada de sucção (junto ao 
rotor) de uma bomba hidráulica para que o liquido ganhe energia e seja 
recalcado, sem se vaporizar. 
Caso a energia com a qual o líquido chegue ao rotor seja inferior ao “NPSH 
requerido pela bomba”, o líquido estará com uma carga inferior à sua pressão 
de vapor, podendo fazer com que haja a formação de bolhas que serão 
arrastadas pelo fluxo para os pontos de maior pressão no rotor. Nesses pontos, 
as bolhas serão implodidas, criando uma onda de choque que pode erodir a 
superfície dos componentes da bomba (geralmente a borda do rotor). Esse 
fenômeno é conhecido como cavitação, e pode gerar efeitos como vibração e 
ruídos intensos. 
 
Uma bomba cavitando perde rendimento, e pode apresentar outras falhas 
mecânicas nela e em equipamentos associados. As Bombas centrífugas são 
particularmente vulneráveis, mais que os outros tipos de bombas. 
 
Na Figura 11 podem ser observados os danos ocasionados pelo fenômeno da 
cavitação no rotor de uma bomba hidráulica. 
 
Figura 11–Erosão no rotor, ocasionada pela cavitação. 
 
Fonte: Coelho (2006). 
 
Equação 217 
 
 
Portanto, o NPSH é um importante parâmetro no dimensionamento e na 
definição do arranjo das estações de recalque, já que irá impor limitações às 
condições de sucção de modo a manter a pressão na entrada do rotor da 
bomba acima da pressão de vapor do líquido bombeado. A curva do valor do 
NSPH requerido é fornecida pelo fabricante da bomba e deve ser respeitada. 
 
Figura 12- Representação do NPSH requerido. 
 
 
3.1.4 NPSH disponível 
 
Para evitar a ocorrência do fenômeno de cavitação, é necessário que a 
disponibilidade energética do sistema de sucção esteja acima da condição de 
pressão de vapor da água, ou seja, acima do NPSH requerido. Essa energia é 
chamada NPSH disponível e consiste na diferença entre a carga de pressão 
total disponível na instalação e a pressão de vapor do líquido (GOMES, 2009). 
Pode ser calculada pela Equação 3. 
 
Equação 3 
Onde: 
NPHSD - NPSH disponível; 
pATM - pressão atmosférica; 
pV - pressão de vapor; 
 - Peso específico; 
HS - Altura geométrica de sucção (negativa se a bomba não estiver afogada); 
∆HTS - Perda de carga total da sucção. 
 
 
 
 
18 
 
 
Figura 13- Representação do NPSH disponível 
 
 
A Pressão de vapor (p) é a “pressão de equilíbrio” ou a “pressão de saturação” 
entre a evaporação e a condensação de um líquido exposto à atmosfera, numa 
determinada temperatura. Ela explica o porque a água pode virar vapor 
(“ferver“) a temperatura ambiente se a pressão estiver abaixo de um dado 
valor. A pressão de vapor depende exclusivamente do líquido e da 
temperatura. Para água têm-se os valores em mca apresentados na Tabela 1. 
 
Tabela 1 pressão de vapor para a água de acordo com a temperatura. 
Temperatura 
(Co) 
Pressão de vapor 
(mca) 
Temperatura 
(Co) 
Pressão de vapor 
(mca) 
5 0,09 55 1,65 
10 0,13 60 2,03 
15 0,19 65 2,62 
20 0,24 70 3,2 
25 0,33 75 4,02 
30 0,44 80 4,89 
35 0,58 85 5,99 
40 0,77 90 7,26 
45 1,011 95 8,66 
50 1,27 100 10,34 
 
Este conceito é fundamental quando se estuda o funcionamento, a operação e 
a eficiência de um sistema de bombeamento. As condições de entrada da água 
 
 
 
 
19 
 
na bomba podem levar à ocorrência de pressões da ordem da pressão de 
vapor junto ao rotor provocando problemas de desgaste/erosão (formação de 
cavidades na superfície) e perda de eficiência quando isso acontece. 
O NPSH disponível depende da configuração da instalação de sucção. 
Contudo, a bomba também gera perdas de carga hidráulica, já que para chegar 
ao rotor e fluir entre os espaços da carcaça, o líquido perde pressão. Essa 
perda está relacionada com o projeto da bomba e não com o sistema de 
sucção. Mesmo com perda de energia, a pressão deve ser superior à pressão 
de vapor da água. Para garantir isso, define-se o NPSH requerido pela bomba 
(NPSHR). 
Os fatores que modificam o NPSH disponível são: 
 
· Altura de sucção: as bombas não devem estar em cota muito acima da 
superfície livre da água, devendo ser observada a variação do nível da 
água no poço de sucção e devendo ser verificado o NPSH disponível 
para a pior situação, que é o menor nível de água no poço. 
Quando o nível de água no poço de sucção for superior à cota do eixo 
da bomba (afogada) ou quando o poço de sucção for um tanque 
pressurizado, com pressão absoluta maior que a atmosférica, a 
expressão para a determinação do NPSH disponível é a mesma, porém 
a altura de sucção (HS) é negativa, fazendo com que a parcela referente 
a ela seja somada e não subtraída à diferença entre a pressão 
atmosférica e a pressão de vapor. 
 
· Peças da linha de sucção: as perdas de carga localizadas são 
importantes componentes da perda de carga total na sucção. A NBR 
12.214 (Projeto de sistema de bombeamento de água para 
abastecimento público) recomenda para as tubulações de sucção as 
velocidades máximas apresentadas na Tabela 2. A intenção é evitar que 
velocidades elevadas causem perdas de carga elevadas, e 
consequentemente, NPSHs disponíveis muito baixos. 
 
Tabela 2 – Velocidades máximas admissíveis na tubulação 
de sucção segundo a NBR 12.214. 
Diâmetro 
nominal (mm) 
Velocidade 
(m/s) 
Diâmetro 
nominal (mm) 
Velocidade 
(m/s) 
50 0,7 200 1,1 
75 0,8 250 1,2 
100 0,9 300 1,4 
150 1 
 
1,5 
 
Quando a bomba está “afogada” essas velocidades podem ser 
excedidas, em função do acréscimo de carga; entretanto sempre se 
deve verificar o NPSH disponível. 
 
 
 
 
 
20 
 
· Temperatura do líquido: influencia pouco pois as temperaturas usuais 
não variam muito (em torno dos 20ºC a 25ºC), o que faz a pressão de 
vapor ser considerada praticamente constante (0,24 mca a 0,33 mca) 
 
· Altitude: interfere na pressão atmosférica, que interfere na pressão de 
vapor mas essa interferência não é significativa. 
 
Para que não haja cavitação no sistema de bombeamento, em todos os pontos 
de operação é preciso que: 
· NPSHD > NPSHR 
· NPSHd ³ 1,2 x NPSHr, 
· NPSHd ³ NPSHr + 0,50m. 
 
3.1.5 Curvas de bomba 
 
À medida que a vazão a ser transportada aumenta, a altura manométrica, a 
potência, o rendimento e o NPSHR da bomba variam. Para acompanhar essa 
variação e prever a operação do sistema de bombeamento são desenvolvidas 
as curvas características da bomba. É por meio das curvas características que 
determinada bomba é escolhida para atender determinado sistema. Na Figura 
14 pode ser conferido o exemplo de curva característica. 
Figura 14–Curvas características de uma bomba. 
 
 
 
 
 
21 
 
 
3.1.6 Seleção do tipo de bomba (radial, axial ou mista) 
 
Para a seleção do tipo de bomba,utiliza-se a vazão de projeto e determina-se a 
altura manométrica do sistema para a vazão adotada, além da velocidade de 
rotação, que é determinada pelo motor elétrico e por parâmetros destinados a 
evitar o fenômeno de cavitação. Com o ponto de operação definido, pode-se 
utilizar a Equação 4 para determinar a velocidade específica da bomba 
desejada. 
 
Equação 4 
 
Onde: 
Nq é a velocidade específica; 
N é a rotação da bomba (rpm); 
H é a altura manométrica (m); 
Q é a vazão (m³/s). 
 
Com a velocidade específica determinada, pode-se escolher o tipo de bomba a 
operar, no caso, radial, axial ou mista. 
As bombas radiais por terem velocidade específica baixa, recalcam baixas 
vazões a alturas manométricas elevadas, enquanto que as bombas axiais, com 
velocidade específica elevada, recalcam vazões elevadas a baixas alturas 
manométricas. As bombas de fluxo misto trabalham com vazões e alturas 
intermediárias, conforme mencionado no item 3.1.1. 
 
 
 
 
22 
 
 
4 PERDAS DE CARGA HIDRÁULICA, CURVA DO SISTEMA E PONTOS 
DE OPERAÇÃO 
 
Como já mencionado, para que o líquido seja transportado a uma cota superior, 
este deve vencer a altura manométrica do sistema, que é composta pela altura 
geométrica e pelas perdas de carga hidráulica. 
 
As perdas de carga hidráulica podem ser calculadas, desde que se determinem 
algumas características relativas ao escoamento, como o número de Reynolds 
o fator de atrito e a presença de conexões e curvas. 
 
4.1 PERDAS DE CARGA DISTRIBUÍDAS 
 
São as perdas de carga que ocorrem na canalização retilínea em função do 
atrito das partículas do líquido com as paredes da tubulação. A perda de carga 
distribuída depende, portanto, da rugosidade e da geometria das tubulações, 
além da velocidade do escoamento. 
 
4.1.1 Equação de Darcy - Weisbach 
 
A equação de Darcy - Weisbach (Equação 5) conhecida, também como 
Fórmula Universal da Perda de Carga, é aplicável aos problemas de 
escoamento de qualquer líquido (água, óleos, gasolina, etc.) em encanamentos 
(AZEVEDO NETTO, 1998) e é expressa pela equação 7. 
 
 
Equação 5 
 
Onde: 
∆H - Perda de carga distribuída (m); 
L - comprimento total da tubulação(m); 
g - aceleração da gravidade. 
 
4.1.2 Número de Reynolds (Re) 
 
É um parâmetro que relaciona a velocidade entre o fluido que escoa e o 
material que o envolve. Relaciona uma dimensão linear típica (diâmetro, 
profundidade, etc.) com a viscosidade cinemática do fluido (AZEVEDO NETTO, 
1998). Pode ser calculado pela Equação 6: 
 
Equação 6 
Onde: 
Re - número de Reynolds; v - velocidade (m/s); 
 
 
 
 
23 
 
 
4.1.3 Coeficiente de atrito (f) 
 
É função do número de Reynolds e da rugosidade relativa /D. Pode ser obtido 
pelo Diagrama de Moody ou pela Equação 7 de Colebrook-White: 
 
 
Equação 7 
 
Onde: 
f - coeficiente adimensional; 
 - rugosidade absoluta dos tubos (mm) (Anexo – tabela 5); 
 
É importante destacar que o fator de atrito depende do regime de escoamento, 
ou seja, escoamento em regime laminar, regime de transição ou ainda, regime 
turbulento (Re > X 106). Contudo, para o caso de redes adutoras e redes de 
distribuição de água o regime de escoamento encontra-se na faixa turbulenta, 
sendo possível a utilização da equação de Colebrook-White. 
 
4.1.4 Equação de Hazen-Willams 
 
A equação de Hazen-Williams (Equação 8) é aplicável a tubulações condutoras 
de água com diâmetros que variam de 50 mm a 3500 mm, com velocidade de 
até 3 m/s (AZEVEDO NETTO, 1998). 
 
 
Equação 8 
Onde 
D H – perda de carga; 
Q – vazão; 
C – coeficiente de Hazen-Williams (Anexo – tabela 6); 
D – diâmetro 
 
Devido à sua maior praticidade em relação à equação universal de perda de 
carga, a equação de Hazen – Williams é muito utilizada. 
 
 
 
D - diâmetro da tubulação (m); - viscosidade (m²/s). 
 
 
 
 
24 
 
 
4.2 PERDAS DE CARGA LOCALIZADAS 
 
Além das perdas de carga distribuídas (∆H), existem as perdas de carga 
ocasionadas pelas singularidades (curvas, válvulas, conexões, etc.). 
 
4.2.1 Perda de carga pelo coeficiente (K) 
 
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (1992) recomenda o uso da 
Equação 9 para os cálculos das perdas de carga singulares de sistemas de 
bombeamento de água para abastecimento público. 
 
 
Equação 9 
 
Onde: 
D f – perda de carga localizada; 
k - coeficiente adimensional de perda de carga; 
 
Os valores de K para cada singularidade podem ser obtidos na Tabela 7 (ver 
anexo). 
 
A soma das perdas de carga distribuídas (∆H) com as perdas singulares ( ) 
resulta na perda de carga total, conforme a Equação 10. 
 
 
Obtido o ∆HT, soma-se à altura geométrica total (Ht) para a determinação da 
altura manométrica do sistema (HMAN). 
 
4.3 CURVAS DO SISTEMA E PONTOS DE OPERAÇÃO 
 
No sistema de tubulações de uma estação de bombeamento, o valor de HMAN é 
variável, já que as perdas de carga hidráulica aumentam com o aumento da 
vazão bombeada. Sendo assim, utilizam-se algumas vazões a serem aduzidas 
pelo sistema e calcula-se a perda de carga para as vazões estipuladas. As 
perdas de carga, somadas à altura geométrica e plotadas em função das 
vazões em um gráfico cartesiano, produzem a curva do sistema, que pode ser 
observada na Figura 15a. Sobrepondo-se a curva do sistema com a curva da 
bomba (Figura 15b), obtemos o ponto de operação do sistema (Figura 15c). 
 Equação 10 
 
 
 
 
25 
 
 
Figura 15 - Curva do sistema. 
 
 
A curva característica do sistema pode assumir formas variadas que irão 
depender de parâmetros com vazão, material, diâmetro, conexões, válvulas e 
configuração do traçado da tubulação. 
 
Na Figura 16, Baptista e Lara (2002) relacionam as tipologias de estações de 
bombeamento com uma única linha de recalque e as suas respectivas curvas 
do sistema. 
 
Figura 16 – Curvas do sistema para estações de bombeamento com uma única 
linha de recalque. 
 
 
 
 
26 
 
Fonte: Baptista e Lara (2002). 
 
As tubulações de uma estação de bombeamento também podem 
apresentar uma curva indireta do sistema, resultante da associação das curvas 
individuais. Essa condição ocorre quando alinha de recalque se divide, 
seguindo traçados diferentes, conforme observado na Figura 17. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
Figura 17 - Variação do ponto de operação em função da curva do sistema. 
 
Fonte: Baptista e Lara (2002) 
 
As diversas possibilidades operacionais em uma estação de bombeamento não 
são definidas apenas pelas curvas do sistema. Em muitas instalações, para se 
atender a demanda por grandes vazões e elevadas alturas manométricas as 
bombas são utilizadas de forma associada, conforme será discutido a seguir. 
 
4.3.1 Associação de bombas 
 
Em sistemas de bombeamento em que a vazão ou pressão (altura 
manométrica) sejam altas e precisem ser moduladas, é comum o uso de 
bombas associadas, em paralelo ou em série. 
 
 
 
 
28 
 
 
4.3.1.1 Bombas em paralelo 
 
A associação em paralelo é observada com frequência no abastecimento de 
água de cidades, tendo como finalidade de aumentar a vazão recalcada e dar 
ao sistema uma maior flexibilidade em termos de atendimento da demanda, 
que é variável ao longo do dia. 
 
Na Figura 18 pode ser visualizado o desenho esquemático de associação de 
bombas de mesmo modelo (modelo A) em paralelo e a curva de bomba 
resultante dessa associação. 
 
Figura 18 – Associação de duas bombas em paralelo. 
 
 
A obtenção da curva de bomba da associação em paralelo observada na 
Figura 18 é realizada pela soma das vazões de cada bomba, correspondentes 
ao mesmo valor de altura manométrica. 
 
4.3.1.2 Bombas em série 
 
É o arranjo destinado a instalações com alturas manométricas elevadas, 
quando, então, se torna necessário o desenvolvimento de grandes pressões. 
Na 
Figura 19 é observada é visualizado o desenho esquemático de associação de 
bombas de modelos diferentes ( modelo A e modelo B) em série e a curva de 
bomba resultante dessa associação. 
 
Figura 19 – Associação de duas bombas em série. 
 
 
 
 
 
29 
 
 
Para se obter a curva característica resultante da associação de 
duas bombas em série, sejam elas iguais ou diferentes, basta somar, para 
cada valor da vazão, as alturas manométricas correspondentes a ambas as 
bombas. 
Na A curva característica do sistema pode assumir formas variadas que irão 
depender de parâmetros com vazão, material, diâmetro, conexões, válvulas e 
configuração do traçado da tubulação. 
 
Na Figura 16, Baptista e Lara (2002) relacionam as tipologias de estações de 
bombeamento com uma única linha de recalque e as suas respectivas curvas 
do sistema. 
 
Figura 16 podem ser observados variados pontos de operação em função da 
configuração do sistema. 
 
5 REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA EM SISTEMAS DE 
BOMBEAMENTO DE ÁGUA 
A redução do consumo de energia elétrica no sistema de bombeamento pode 
ser realizada por medidas administrativas, pela otimização dos equipamentos 
eletromecânicos e pela otimização hidráulica. No entanto, a primeira ação a ser 
realizada é o diagnóstico do sistema existente, que é feita por meio do 
monitoramento dos parâmetros hidráulicos, elétricos e mecânicos do sistema. 
 
O monitoramento dos parâmetros hidráulicos é importante para determinar e 
quantificar se o desempenho hidráulico das unidades do sistema de 
 
 
 
 
30 
 
bombeamento está ou não de acordo com as características iniciais de 
aquisição ou de implantação. 
 
As bombas, por exemplo, estão sujeitas ao desgaste dos anéis separadores, 
das gaxetas e mancais, tal desgaste propicia o aumento das fugas internas do 
líquido. 
 
É comum, da mesma forma, a existência de linhas de sucção indevidamente 
projetadas ou executadas que acabam resultando no fenômeno de cavitação, 
principalmente, no rotor, causando erosão e diminuição do rendimento. 
 
No caso das linhas de adução, o monitoramento dos parâmetros hidráulicosé 
de importância relevante para determinar a perda de carga hidráulica da 
adutora. A adutora, ao longo de sua vida útil, sofre modificações nas suas 
características hidráulicas como, por exemplo, modificações na parede interna 
dos tubos (incrustações, Figura 17) que diminuem a seção, reduzindo a vazão 
transportada e aumentando a perda de carga hidráulica. 
 
Figura 17 - Incrustação em tubo de PVC 
 
Fonte: Nascimento et al(Não datado). 
 
Com o desgaste da bomba, a curva característica diminui, enquanto que o 
aumento nas perdas de carga eleva a curva do sistema. Com isso, o ponto de 
operação do sistema de bombeamento se desloca para a esquerda, conforme 
observado no Figura 20. 
 
Figura 20 - Deslocamento do ponto de operação. 
 
 
 
 
31 
 
 
 
Com o deslocamento do ponto de operação, é observada a necessidade de 
maior altura manométrica para bombear uma vazão inferior. Nessas condições, 
o sistema opera consumindo mais energia elétrica em relação às condições 
originais. 
 
Outro fator importante no que diz respeito à hidráulica das adutoras é quanto 
ao traçado, que é definido na etapa de projeto. De acordo com Tsutiya (2006), 
o traçado da adutora deve levar em conta, além da topografia, a influência do 
plano de carga e da linha piezométrica, a localização e o perfil da adutora, as 
faixas de servidão ou de desapropriação para implantação e a operação 
dessas unidades do SAA. 
 
Na Figura 21 podem observados traçados de adutoras e a posição do plano de 
carga e da linha piezométrica. 
 
 
 
 
 
32 
 
Figura 21 – Traçado das adutoras e posições do plano de carga e da linha 
piezométrica. 
 
 
Nos casos em que a tubulação da adutora está acima da linha 
piezométrica efetiva, porém abaixo da linha piezométrica absoluta, pode haver 
pressão negativa com formação de bolsas de ar que diminuem a vazão de 
escoamento. 
 
Outro exemplo de formação de bolsas de ar em adutoras ocorre 
quando a tubulação corta a linha piezométrica efetiva e o plano de carga 
efetivo, mas fica abaixo da linha piezométrica absoluta. Nesse caso, há a 
formação de um sifão, necessitando-se de escorva sempre que houver ar na 
tubulação. 
 
Em todos os casos em que há formação de bolsas de ar, consome-
se a mesma quantidade de energia elétrica para bombear uma vazão menor de 
água. 
É de grande importância o projeto adequado das linhas de adução, 
com a inserção de ventosas para retirar o ar da parte alta da tubulação. 
Quando não existirem ventosas ou não estiverem devidamente operantes, 
poderá ocorrer o bloqueio da adutora pelas bolsas de ar, paralisando por 
completo o escoamento. 
 
 
 
Na Figura 22 pode ser observado como ocorre o bloqueio de uma 
adutora por recalque. 
 
 
 
 
 
33 
 
Figura 22 – Situação de bloqueio de uma adutora por recalque. 
 
 
Na figura, observa-se que se HS+H2 = H1+H3+H4, a adutora está bloqueada, 
pois não há escoamento. Para que haja escoamento é necessário que HS + H2 
> H1+H3+H4, o que pode ser obtido com a eliminação das bolsas de ar 
acumuladas na adutora. 
 
5.1 MONITORAMENTO DE GRANDEZAS HIDRÁULICAS 
 
As grandezas hidráulicas a serem monitoradas em um sistema de 
bombeamento são vazão, pressão e nível. 
 
5.1.1 Vazão 
 
Essa grandeza dinâmica fornece informações importantes do sistema de 
bombeamento. Geralmente, é medida por meio dos seguintes equipamentos: 
a) Tubo de Pitot 
É um medidor de inserção (por meio de um registro de derivação TAP) que, 
juntamente com um tubo “U” (ou outro equipamento que meça o diferencial de 
pressão), permite medir a velocidade em pontos específicos da seção 
transversal de escoamento, mostrando o perfil de velocidade do escoamento. 
Com a aplicação de técnicas de integração, a vazão pode ser determinada. Na 
Figura 23 pode ser observado o tubo de Pitot e acessórios. 
Figura 23 – a) Tubo de Pitot conectado a um tubo “U” e b) medidor de 
diferencial de pressão. 
 
 
 
 
34 
 
 
 
b) Medidores eletromagnéticos 
 
Os medidores eletromagnéticos baseiam-se na condutividade elétrica da água, 
que permite a indução de correntes elétricas no interior da massa líquida. 
Essas correntes, em função do movimento do líquido produzem sinais 
mensuráveis pelos sensores dos instrumentos. Os medidores para 
escoamentos pressurizados requerem que o valor mínimo da condutividade 
elétrica do líquido seja da ordem de 5 µS/cm, valor pouco restritivo em 
sistemas de abastecimento de água (LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA 
ENERGÉTICA E HIDRÁULICA EM SANEAMENTO, 2009). Na Figura 24 
podem ser observados os medidores eletromagnéticos de diâmetros e de 
fabricantes diferentes. 
Figura 24 – Medidores eletromagnéticos. 
 
 
c) Medidores ultrassônicos 
 
Medidores ultrassônicos são baseados na tecnologia de ultrassom. O 
equipamento possui dois transdutores, um deles emite ondas ultrassônicas que 
se propagam no líquido. Estas ondas são percebidas pelo segundo transdutor 
que as recebe com os efeitos das interferências do escoamento. As diferenças 
entre os sinais aplicados ao primeiro transdutor e os gerados pelo segundo são 
a) b) 
 
 
 
 
35 
 
usadas para calcular as velocidades do escoamento. Na Figura 25 podem ser 
observados os medidores ultrassônicos portáteis de dois fabricantes diferentes. 
Figura 25 – Medidores ultrassônicos. 
 
 
5.1.2 Pressão 
 
Pode ser medida por manômetros de coluna líquida, manômetros mecânicos 
ou medidores eletrônicos. 
Nas atividades de campo os manômetros de coluna líquida (tubo “U”) são 
frequentemente substituídos por medidores eletrônicos, como os loggers de 
pressão (Figura 26a) e os transdutores de pressão (Figura 26b). Os loggers de 
pressão registram sequências de valores e, eventualmente são dotados de 
visores para permitir leitura direta de valores instantâneos. 
Figura 26 – Medidores eletrônicos de pressão. 
 
 
A tomada de pressão pode ser realizada, também, no próprio registro de 
derivação TAP, quando este existir no ponto de interesse. Na Figura 27 pode 
ser observada uma tomada de pressão por meio de um TAP. 
 
Figura 27 – Tomada de pressão pelo TAP. 
a) b) 
 
 
 
 
36 
 
 
 
5.1.3 Rotação do conjunto motor bomba 
 
É o número de giros dados pelo eixo do motor em um intervalo de tempo 
específico. É comum o uso de rpm (rotações por minuto) como unidade padrão 
dos fabricantes de bombas hidráulicas. A rotação pode ser medida por meio de 
um tacômetro (Figura 28a). Em sistemas com a presença de inversor de 
frequência (Figura 28b) a leitura da rotação pode ser mostrada no visor do 
equipamento. 
Figura 28 – a) tacômetro e b) inversor de frequência. 
 
 
5.1.4 Nível 
 
Em um sistema de bombeamento, os medidores de nível são utilizados para 
medir os níveis de água no poço de sucção e/ou reservatório para o qual a 
água será bombeada (elevado, apoiado, etc.). Podem ser utilizados 
instrumentos simples como réguas ou flutuadores. No entanto, em estações de 
bombeamento robustas, de operação complexa e que necessitam de 
a) b) 
 
 
 
 
37 
 
automatização, os medidores ultrassônicos de nível tem sido muito utilizados. 
Na Figura 29 vê-se um medidor ultrassônico de nível. 
Figura 29 - Medidor ultrassônico de nível. 
 
 
5.2 MEDIÇÕES DE GRANDEZAS ELÉTRICAS 
 
Para manter a eficiência do sistema, o monitoramento dos parâmetros elétricos 
se faz necessário. Sendo assim, deve-se verificar parâmetros de tensão e 
corrente. A partir desses parâmetros pode ser observada uma série de fatores 
que contribuem para o aumento do consumo de energia elétrica, tais como 
desequilíbrios de tensão entre fases, fator de potência (não deve estar abaixo 
de 0,92), frequência de partida, entre outros. 
 
As grandezas elétricas a serem medidas no quadro de comando do sistema de 
bombeamentopodem ser monitoradas por meio de um analisador de energia 
elétrica, como o da Figura 30. 
 
Figura 30 – Analisador de energia elétrica. 
 
 
 
 
 
 
38 
 
Quando não se dispuser de um analisador de energia, a tensão e a corrente 
elétrica podem ser medidas por um alicate Volt-Amperímetro e o fator de 
potência, pode ser medido com alicate cosifímetro ou wattímetro. 
 
5.3 REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PELO AUMENTO 
DA EFICIÊNCIA DAS UNIDADES DO SISTEMA 
 
O consumo de energia elétrica de um sistema de bombeamento pode ser 
determinado pela Equação 11. 
 
 
Equação 11 
 
 
 
Onde: 
 
E – energia consumida em kWh; 
 – altura manométrica; 
V – volume bombeado (m³); 
– rendimento do CMB (%). 
 
Nota-se, pela Equação 11, que para a redução do consumo de energia elétrica 
é necessário que haja redução da altura manométrica, ou do volume 
bombeado ou ainda, aumentar a eficiência do CMB. 
e) A redução da altura manométrica Pode ser obtida pela redução da 
altura geométrica e das perdas de cargas hidráulicas no sistema. As 
perdas de carga hidráulicas podem ser reduzidas pela seleção 
adequada do diâmetro da tubulação, limpeza interna das tubulações e 
eliminação de ar. É importante também evitar a formação de vórtices 
nos reservatórios superior e inferior. 
f) Para a redução do volume de água bombeada é necessária operação 
adequada dos reservatórios de distribuição (utilizando toda a capacidade 
do reservatório, não permitindo que operem como caixas de passagem), 
redução de perdas por vazamentos na adutora ou na rede de 
abastecimento. Essas reduções podem ser obtidas pela redução 
adequada das pressões. 
g) Quanto ao aumento dos rendimentos dos CMB, pode ser obtido pela 
manutenção dos motores elétricos e das bombas desgastados pelo 
tempo de uso. 
 
5.4 REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PELA 
MODIFICAÇÃO DA OPERAÇÃO DO SISTEMA 
 
O consumo de energia elétrica em estações de bombeamento pode ser 
reduzido significativamente pelo ajuste da operação. A alteração do sistema 
 
 
 
 
39 
 
bombeamento-reservação e a variação da rotação do CMB são os métodos 
utilizados. 
 
5.4.1 Alteração do sistema bombeamento-reservação 
 
Normalmente, as bombas que recalcam água para os reservatórios são 
projetadas com capacidade para atender a demanda máxima diária. Nestes 
casos, o bombeamento é contínuo durante 24 horas/dia, de modo a manter o 
reservatório cheio ou com um nível pré-determinado. Porém, com o aumento 
de custos de energia elétrica, foram estudados modos alternativos de 
bombeamento. Segundo esses estudos realizados, o bombeamento no horário 
de ponta deve ser interrompido, em virtude do aumento das tarifas de energia e 
demanda elétrica nesse período. Com a diminuição de horas bombeadas é 
necessário um volume maior de reservação, que é pago com a redução dos 
custos de energia elétrica. (TSUTIYA, 2006). 
 
5.4.2 Uso de inversores de frequência 
 
Durante o acionamento direto de um motor de uma estação de bombeamento, 
é exigida imediatamente toda sua potência, fazendo com que haja picos de 
corrente no momento desse acionamento, além da elevação da temperatura do 
motor e geração de transientes hidráulicos no sistema. Os picos de corrente 
geram consumo excessivo de energia elétrica na operação dos sistemas e os 
transientes geram danos às unidades componentes. 
Para controlar o acionamento e reduzir o consumo de energia elétrica nos 
motores trifásicos das bombas, alguns métodos foram desenvolvidos. O uso de 
chaves estrela-triângulo, de autotransformadores ou de soft-starters permite 
controlar e limitar as correntes de partida dos motores. O uso de inversores de 
frequência permite o controle dos motores durante toda a operação. 
Um inversor de frequência controla o nível e a frequência da tensão aplicada 
ao motor e portanto sua rotação e sua potência (ALVES et al. 2002). O controle 
de rotação, além de suavizar a partida, permite que o CMB bombeie uma 
vazão compatível com a demandada. Isto faz com que as velocidades 
utilizadas nas tubulações sejam reduzidas o que reduz significativamente as 
perdas de carga, evitando consumos desnecessários de energia elétrica. 
 
 
5.5 ENSAIOS EM SISTEMAS DE BOMBEAMENTO 
 
Devem ser realizados ensaios in loco para a determinação das curvas reais da 
bomba e do sistema, e compará-las às curvas originais. A execução dos 
ensaios é viabilizada mediante a instalação dos equipamentos para medir os 
parâmetros hidráulicos e elétricos já descritos anteriormente. Esses 
equipamentos devem ser instalados em pontos específicos do sistema de 
 
 
 
 
40 
 
bombeamento para permitir a correta leitura dos dados e posterior divulgação 
dos resultados. Na Figura 31 podem ser observados os pontos de instalação 
dos equipamentos de medição em um sistema de bombeamento. 
Figura 31 - Pontos de instalação de equipamentos no sistema de 
bombeamento. 
 
 
5.5.1 Levantamento da curva da bomba 
 
Para o levantamento da curva é necessário que se faça a preparação do 
ensaio, conforme descrito a seguir: 
 
1. Instalação de válvulas do tipo rubinete ou adaptadores nos flanges 
de sucção e recalque da bomba. Essas válvulas servem para 
conectar os medidores de pressão; 
2. Determinação das diferenças de nível entre os pontos de tomada de 
pressão (sucção e recalque) e o eixo da bomba; 
3. Coleta dos dados da placa da bomba e do motor. 
4. Medição do perímetro da tubulação de recalque e de sucção no 
ponto onde se encontram instalados os rubinetes. 
5. Verificação das paredes das tubulações de sucção e recalque 
quanto a incrustações. 
 
Os equipamentos necessários para o ensaio são: 
 
 
 
 
 
41 
 
1. Calibre e Tubo de Pitot (obs: deve-se verificar se as roscas do 
calibre e do tubo de Pitot são compatíveis com o registro de 
derivação TAP instalado na tubulação de recalque).1 
2. Manômetro de precisão (<±0,5%). 
3. Trena 
4. Tacômetro 
5. Medidor de grandezas elétricas 
 
Em geral realiza-se a determinação das curvas características de 
bombeamento com o ensaio da bomba em cinco pontos distintos, conforme 
observado Tabela 3. 
 
Tabela 3 - Procedimentos para o levantamento de curva de bomba. 
PONTO 1 Válvula de recalque totalmente aberta. 
PONTO 2 
Válvula registro de recalque de modo que a vazão seja de 
aproximadamente 75% do primeiro ponto. 
PONTO 3 
Válvula registro de recalque de modo que a vazão seja de 
aproximadamente 50% do primeiro ponto. 
PONTO 4 
Válvula registro de recalque de modo que a vazão seja de 
aproximadamente 25% do primeiro ponto. 
PONTO 5 Válvula totalmente fechada (Shutt-off). 
Observação1: a variação da vazão deve ser feita sempre pela válvula de recalque, nunca pela 
válvula da sucção, que deve permanecer sempre aberta. 
Observação 2:a realização do ponto 5 (shutt-off) deve ser executada com cuidado, já que exige 
a pressão máxima da bomba. Caso o sistema seja antigo e desconhecido, não é recomendado 
o shutt-off pelo risco de rompimento da tubulação. 
 
a) Medição de vazão 
 
A vazão é determinada por meio de pitometria, no entanto, como foi visto, 
anteriormente, há necessidade de intervenção no sistema. Quando isto não for 
possível, outra opção é o uso de medidores ultrassônicos portáteis não 
intrusivos. 
 
Para o monitoramento da vazão é recomendado o intervalo de no mínimo 15 
segundos entre leituras, sendo que devem ser coletados no mínimo, 21 
valores. 
 
b) Medição de pressão 
 
As pressões de recalque e sucção são determinadas por manômetros de 
precisão conectados aos pontos de tomada de pressão da bomba, onde foram 
instaladas as válvulas rubinetes. 
 
1 É recomendada a medição de vazão por pitometria. No entanto, quando não for possível, 
pode-se utilizar outrosmedidores, como o eletromagnético e o ultrassônico. 
 
 
 
 
42 
 
Os equipamentos mais utilizados são o manômetro de coluna líquida (tubo “U”), 
logger de pressão e transdutores. Não é recomendado o uso de manômetros 
mecânicos para o ensaio, pois apresentam baixa precisão e perdem sua 
calibração facilmente em virtude das vibrações e picos de pressão. 
 
c) Medição do nível de sucção 
 
Deverá ser anotado o nível de sucção no início e término do ensaio, se a 
sucção for executada a partir de reservatório. O nível adotado nos cálculos 
deve tomar como referência o eixo da bomba. 
 
d) Medição de rotação 
 
Ao logo do ensaio, deverá ser medida a rotação do CMB, podendo-se realizar 
uma leitura em cada teste. 
e) Medições elétricas 
 
Os parâmetros elétricos deverão ser medidos no painel elétrico de alimentação 
do CMB, sempre que possível nos cabos de alimentação do motor do conjunto. 
Deverão ser realizadas medições de tensão, corrente e fator de potência. Este 
último deve ser medido diretamente ou pela medida da potência. Deverá ser 
realizada uma medição em cada teste. 
f) Procedimento de Cálculo 
 
Os cálculos necessários para a obtenção da curva de bomba podem ser 
realizados com as equações da Tabela 4. 
 
 
 
 
43 
 
 
Tabela 4 - Equações para a obtenção de curva de bomba. 
VARIÁVEL EQUAÇÃO UNIDADE 
Área de sucção (AS) 
 
m² 
Área de recalque (AR) 
 
m² 
Velocidade de sucção (VS) 
 
m/s 
Velocidade de recalque (VR) 
 
m/s 
Pressão no flange de sucção da 
bomba (PS) 
m 
Pressão no flange de recalque da 
bomba (PR1) 
m 
Altura na sucção (ZS) m 
Altura no recalque (ZR) m 
Altura manométrica (HMAN) 
 
m 
NPSH disponível (NPSHD) 
 
m 
Potência elétrica consumida (PE) W 
Potência motriz (PM) 
 
cv 
Rendimento do conjunto (η) 
 
% 
g - aceleração da gravidade; ps - pressão média no flange de sucção; pr1 - pressão média no 
flange de recalque; ce - cota do eixo da bomba. 
 
5.5.2 Levantamento da curva do sistema 
 
A curva do sistema pode ser determinada pelo levantamento em campo do 
coeficiente C da equação de Hazen-Williams (Equação 8). Esse coeficiente 
serve de parâmetro na indicação da rugosidade das paredes internas da 
tubulação em sistemas de bombeamento. A diminuição do coeficiente C indica 
o aumento das perdas de carga na tubulação, esse fator está relacionado com 
as características da água e com a idade das tubulações. Na Tabela 6 (ver 
anexo) podem ser observados os coeficientes C para tubos de diversos 
 
 
 
 
44 
 
materiais e idade, sendo importante ressaltar que a medição do coeficiente em 
campo, obviamente, resulta em maior precisão se comparado aos valores 
tabelados da literatura. 
Analisando-se a fórmula apresentada anteriormente para determinação do 
coeficiente “C” em campo para um determinado trecho de tubulação, sendo 
conhecidos o diâmetro e a extensão do trecho, bastará medir a vazão e a 
pressão entre os dois pontos extremos. A perda de carga será obtida das 
medidas de pressão verificadas, descontado o desnível geométrico entre os 
dois pontos. 
 
A seguir, os passos para a determinação do coeficiente C: 
 
1. Instalar Estações Pitométricas (EPs)no início e fim da tubulação a 
ser estudada. As EPs serão utilizadas para medir vazão e, caso seja 
utilizada maleta para medir o diferencial de pressão no tubo de 
Pitot, esta fornecerá também a pressão naquele ponto da 
tubulação. 
 
2. A tubulação a ser monitorada não deve apresentar vazamentos. 
Para verificar este fator basta comparar as vazões no início e fim da 
tubulação. 
 
3. Quando não for possível o uso de EPs, podem ser utilizados 
medidores eletromagnéticos ou ultrassônicos para medir a vazão. 
A pressão poderá ser medida com transdutores ou loggers de 
pressão. 
 
4. Com os valores de vazão e perda de carga (determinada pela 
diferença de pressão entre os pontos medidos), diâmetro e 
comprimento da tubulação, utiliza-se a equação de Hazen-Williams 
(Equação 8) para determinar o coeficiente C. 
 
Com a obtenção do valor real do coeficiente(C) da tubulação, pode-se 
determinar a curva do sistema aplicando-se à Equação 8. 
 
Caso seja observada elevação da curva do sistema em relação à curva 
original, o valor do coeficiente C está abaixo do esperado. Poderá ser 
recomendada, nestes casos a limpeza interna da tubulação para que seja 
recuperada a rugosidade inicial, diminuindo desta forma, as perdas de carga e 
o consumo de energia elétrica na estação. 
 
 
 
 
45 
 
 
6 REFERÊNCIAS 
 
ALVES, A. J.; OLIVEIRA, L.F.C.; OLIVEIRA, A. M. Verificação das relações de 
Rateaux pelo emprego de um inversor de frequência. Revista Brasileira de 
Engenharia Agrícola e Ambiental. v.6, n.3, p.523-525, 2002. 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12214. Projeto de 
Sistemas de Bombeamento de Água para Abastecimento Público. 1992. 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 5626. Instalações 
prediais de água fria. Rio de janeiro, 1982. 
 
AZEVEDO NETTO, J. M. Manual de Hidráulica. 8° Edição. São Paulo: Editora 
Blucher, 1998. 
 
BAPTISTA, M.B.; LARA, M. M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica. Belo 
Horizonte: Editora UFMG/Escola de Engenharia da UFMB. 2002. 
 
BRASIL. Ministério das Cidades: Sistema Nacional de Informações sobre 
Saneamento (SNIS). Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto - 2013. 
Disponível em: 
<http://www.snis.gov.br/PaginaCarrega.php?EWRErterterTERTer=10. Acesso 
em 14 de maio de 2015. 
 
BRASIL. PROCEL SANEAR: Eficiência Energética no Saneamento Ambiental. 
2006. Disponível em: 
<http://www.procelinfo.com.br/data/Pages/LUMIS623FE2A5ITEMID6D82CF76
DD284E7B8A607F31CB419A79PTBRIE.htm>. Acesso em: 01 Maio, 2015. 
 
COELHO, W.R. Análise do fenômeno de cavitação em bomba centrífuga. 
Dissertação de mestrado apresentada ao programa de Pós-Graduação em 
Engenharia Mecânica da Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2006. 
 
GOMES, E. P. Sistemas de bombeamento. João Pessoa: Editora universitária 
UFPB, 2009. 
 
LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E HIDRÁULICA EM 
SANEAMENTO. DTA – Documento Técnico de Apoio n° 2. Macromedição. 
3° ed. João Pessoa, 2009. 
 
MACINTYRE, A. J. Bombas e instalações de bombeamento. 2 ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2013. 
 
MOTTA, A.C.S. Estações elevatórias de esgotos. Revista DAE. ed. 73, n. 
795, 1982. 
 
 
 
 
 
46 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12.214 - Projeto 
de sistema de bombeamento de água para abastecimento público 
 
PERRONI, J. C. A.; WENDLAND, E. Avaliação da Eficiência Energética em 
Poços Profundos Utilizados para o Abastecimento Público. Revista Brasileira 
de Recursos Hídricos. v. 11 n.3, p.123-134, 2006. 
 
TSUTIYA, M. T. Redução do custo de energia elétrica em sistemas de 
abastecimento de água. São Paulo: Associação Brasileira de Engenharia 
Sanitária e Ambiental, 2006
 
 
 
 
 
 
ANEXO 
 
Tabela 5 - Valores das rugosidades internas de tubos. 
Características da tubulação 
Rugosidade e (mm) Mínima 
Mínima Usual Máxima 
1. Tubos de aço, juntas soldadas, interior contínuo 
 
Grandes incrustações ou tuberculizações 2.4 7 12.2 
Tuberculização geral de 1 e 3 mm 0.9 1.5 2.4 
Pintura à brocha, com asfalto, esmalte ou betume 0.3 0.6 0.9 
Leve enferrujado 0.15 0.2 0.3 
Revestimento obtido por imersão em asfalto quente 0.006 0.1 0.15 
Revestimento com argamassa de cimento obtida por 
centrifugação 
0.05 0.1 0.15 
Tubo revestido de esmalte 0.01 0.06 0.3 
2. Tubos de concreto 
 Superfície obtida por centrifugação 0.15 0.3 0.5 
Superfície interna bastante lisa, executando com formas 
metálicas 
0.06 0.1 0.18 
3. Tubos de cimento amianto - 0.015 0.025 
4. Tubos de ferro fundido 
 Ferro galvanizado, fundido revestido 0.06 0.15 0.3 
Ferro fundido,não revestido, novo 0.25 0.5 1.0 
Ferro fundido com corrosão 1.0 1.5 3.0 
Ferro fundido com depósito 1 2.0 4.0 
5. Latão, cobre, chumbo 0.04 0.007 0.010 
6. Tubos de plástico - PVC 0.0015 0.06 - 
Fonte:Lencastre (1996)apudBaptista e Lara (2002). 
 
Tabela 6 - Coeficientes de perda de carga (C) de Hazen - Williams. 
Material C Material C 
Aço corrugado (Chapa ondulada) 60 Concreto com acabamento comum 120 
Aço galvanizado 125 Ferro fundido novo 130 
Aço rebitado novo 110 Ferro fundido de 15 a 20 anos de uso 100 
Aço rebitado em uso 85 Ferro fundido usado 90 
Aço soldado novo 130 Ferro fundido revestido de cimento 130 
Aço soldado em uso 90 Latão 130 
Aço soldado com revestimento especial 130 Manilha cerâmica vidrada 110 
Chumbo 130 Plástico 140 
Cimento amianto 140 Tijolos bem executados 100 
Cobre 130 Vidro 140 
Fonte: Azevedo Netto (1998). 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 7 - Coeficientes de perda de carga localizada (K). 
Peça K Peça K 
Ampliação gradual 0,30* Medidor Venturi 2,50* 
Comporta aberta 1.00 Pequena derivação 0.03 
Controlador de vazão 2.50 Redução gradual 0,15** 
Cotovelo de 45° 0.40 Saída de canalização 1.00 
Cotovelo de 90° 0.90 Tê de passagem direta 0.60 
Crivo 0.75 Tê de saída bilateral 1.80 
Curva de 22,5° 0.10 Tê de saída de lado 1.30 
Curva de 45° 0.20 Válvula borboleta aberta 0.30 
Curva de 90° 0.40 Válvula de ângulo aberta 5.00 
Entrada de Borda 1.00 Válvula de gaveta aberta 0.20 
Entrada normal 0.50 Válvula de pé 1.75 
Junção 0.40 
Válvula de retenção 2.50 
Válvula globo aberta 10.00 
Fonte: Azevedo Netto (1998)
 
 
Raynner Menezes Lopes 
Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento - (LENHS/UFRGS)