Como dimensionar uma bomba de esgoto: vazão, altura manométrica e sólidos

Se você está perguntando como dimensionar uma bomba de esgoto, não comece com a potência.

A potência diz algo sobre o motor, mas não indica a quantidade de águas residuais que a bomba movimentará através da tubulação em seu local. Um processo confiável de dimensionamento de bomba de esgoto começa com um ponto de operação - fluxo necessário na altura manométrica dinâmica total - e depois verifica o manuseio de sólidos, diâmetro do tubo, volume da bacia, padrão de operação e alimentação elétrica.

Isso é importante porque os sistemas de águas residuais são menos tolerantes do que os sistemas de-água limpa. O líquido pode conter sólidos macios, material fibroso, areia, graxa e ar arrastado. A bomba inicia e para conforme o nível da bacia muda. A linha de descarga pode ser parcialmente vertical, parcialmente horizontal e preenchida com acessórios. Uma seleção que pareça adequada para dados de fluxo-máximo pode falhar quando as perdas reais de carga e tubulação forem aplicadas.

Um bom processo de dimensionamento não precisa ser misterioso. Necessita de informações precisas do local e de uma curva da bomba. As etapas abaixo funcionam para pequenos sistemas ejetores residenciais, maceradores sanitários compactos, estações elevatórias de hotéis e bombas submersíveis maiores do tipo WQ-. A escala muda, mas a lógica permanece a mesma.

O dimensionamento da bomba de esgoto começa com vazão e altura manométrica. À medida que a altura manométrica aumenta, o fluxo disponível diminui. O ponto operacional-onde a curva do sistema encontra a curva da bomba-mostra o que a bomba pode fornecer em serviço. Uma bomba com vazão máxima de 150 L/min e elevação máxima de 11 m não pode fornecer ambos ao mesmo tempo; sua curva deve confirmar os 90 L/min necessários a 8 m TDH. Códigos de modelo como 80WQ45-22-7.5 são apenas um primeiro filtro. Sempre verifique a curva e use o pico de vazão realista da aplicação.

O primeiro passo no dimensionamento da bomba de esgoto é determinar a quantidade de águas residuais que a bomba deve remover durante o período de operação mais movimentado. Este não é o mesmo que o fluxo máximo impresso num catálogo de bombas. Os dados de catálogo descrevem o que a bomba pode fornecer sob condições de teste específicas. O fluxo necessário descreve o que o edifício ou processo irá realmente enviar para a bacia.

Para uma casa, pequeno edifício comercial ou hotel, comece pelos equipamentos conectados e pela probabilidade de vários deles descarregarem ao mesmo tempo. Sanitas, chuveiros, lavatórios, máquinas de lavar e esgotos normalmente não funcionam continuamente, mas o seu pico de fluxo combinado pode ser muito superior à média diária. As lavandarias merecem especial atenção porque várias máquinas de lavar podem descarregar grandes volumes num curto período de tempo.

Se o sistema já existir, um teste de enchimento da bacia muitas vezes dá um resultado mais útil do que uma estimativa teórica. Desligue a bomba, meça o quanto o nível do líquido sobe dentro de um tempo conhecido e calcule o volume adicionado. Para uma bacia retangular, o volume é baseado no comprimento, largura e mudança de nível. Para uma bacia cilíndrica, utilize seu diâmetro interno e mudança de nível.

A relação básica é:

Fluxo necessário=mudança no volume/mudança no tempo

Repita a medição durante um período de maior movimento e não durante um período de baixa utilização. Se a entrada variar, utilize o resultado realista mais elevado e adicione uma tolerância operacional razoável. Evite adicionar uma margem de segurança excessiva, porque uma bomba de grandes dimensões pode esvaziar o reservatório demasiado rapidamente, arrancar e parar com demasiada frequência e funcionar longe da sua capacidade eficiente.

Uma vez estabelecido o fluxo de projeto, combine-o com a carga dinâmica total para criar o ponto de operação. Esse ponto de funcionamento-e não apenas a potência-é o que deve ser verificado em relação à curva da bomba. Ao solicitar a seleção de uma bomba de esgoto, forneça a vazão normal esperada, a vazão de pico estimada, a fonte de águas residuais e o padrão de operação. Esses detalhes dão ao fornecedor uma base muito mais sólida para selecionar a bomba correta.

Depois de determinar a vazão necessária, calcule a carga dinâmica total, geralmente abreviada para TDH. Esta é a resistência total que a bomba de esgoto deve superar na vazão necessária. Utilizar apenas a altura de elevação vertical é um dos erros mais comuns no dimensionamento de bombas de esgoto.

O TDH inclui elevação estática, perda por atrito e qualquer pressão necessária no ponto de descarga final. A elevação estática é a diferença de elevação vertical entre o nível do líquido operacional na bacia e o ponto de descarga. Um tubo horizontal não adiciona sustentação estática, mas ainda cria atrito. Tubos longos, diâmetros internos pequenos, superfícies ásperas de tubos, cotovelos, válvulas de retenção, válvulas de isolamento e outras conexões podem adicionar resistência significativa.

Antes de selecionar a bomba, registre a elevação vertical, o comprimento total do tubo, o diâmetro interno do tubo, o material do tubo e o número de conexões. Confirme também se a descarga entra em um dreno aberto, um esgoto por gravidade ou uma tubulação pressurizada. Uma válvula de retenção geralmente cria mais resistência do que uma seção de tubo reto, portanto não deve ser ignorada.

A perda por atrito aumenta à medida que a velocidade do fluxo aumenta. Isso significa que um pequeno tubo de descarga pode parecer econômico, mas pode aumentar bastante a altura manométrica necessária da bomba. Também pode criar custos operacionais mais elevados e tornar o ponto de funcionamento mais sensível a alterações no sistema. A perda por atrito pode ser calculada com fórmulas de engenharia ou retirada de tabelas confiáveis ​​de-perda de tubos, desde que o fluxo e o diâmetro interno corretos sejam usados.

A relação simplificada é:

TDH=elevação estática + perda por atrito do tubo + perdas de conexão e descarga

Depois de calcular o TDH, trace a vazão e a altura manométrica necessárias na curva da bomba. A bomba selecionada deve passar através ou próximo deste ponto de funcionamento, de preferência dentro de uma parte estável da curva. Não selecione uma bomba simplesmente porque sua altura manométrica máxima é maior que a elevação vertical. A altura manométrica máxima é normalmente medida com vazão zero e não representa operação normal.

Uma margem modesta pode ser adicionada para a incerteza normal, mas o aumento desnecessário do fluxo e da altura manométrica geralmente resulta em uma bomba superdimensionada. Informações precisas do local produzem uma seleção de bomba de esgoto mais confiável do que um fator de segurança grande e arbitrário.

As águas residuais não são água limpa, portanto o desempenho hidráulico é apenas parte da seleção. A bomba também deve lidar com os sólidos e materiais que provavelmente entrarão no sistema. Antes de escolher uma bomba de esgoto, identifique se o líquido contém resíduos de banheiro, papel, lenços umedecidos, fibras, cabelos, partículas de alimentos, graxa, areia ou outros detritos.

Uma bomba de esgoto do tipo vórtice ou canal-é comumente usada quando a passagem livre de sólidos é o principal requisito. Uma bomba trituradora, cortadora ou picadora pode ser mais adequada quando as águas residuais contêm material fibroso que pode envolver um impulsor convencional. Lavanderias de hotéis, banheiros públicos e sistemas de drenagem comerciais podem apresentar diferentes riscos de bloqueio, mesmo quando o fluxo necessário é semelhante.

A passagem de sólidos declarada da bomba deve ser verificada juntamente com o projeto de entrada, saída e impulsor. Uma saída grande não garante automaticamente que todas as passagens internas tenham a mesma folga. Para aplicações que envolvem trapos ou fibras, pergunte como a bomba lida com materiais longos e flexíveis, em vez de verificar apenas o diâmetro máximo das partículas.

A tubulação de descarga também deve ser adequada à bomba selecionada. Um tubo muito pequeno aumenta a velocidade do fluxo e a perda por atrito. Um tubo muito grande pode permitir que os sólidos se assentem quando a bomba parar ou quando o fluxo estiver baixo. O objetivo é manter velocidade suficiente para transportar material suspenso sem criar perda desnecessária de carga.

Evite reduzir o diâmetro de descarga abaixo da recomendação do fabricante da bomba, a menos que o sistema completo tenha sido revisado. A válvula de retenção também deve ter uma passagem desobstruída e ser adequada para serviço de águas residuais. Válvulas mal selecionadas podem reter detritos mesmo quando a própria bomba tem boa capacidade de manuseio-de sólidos.

Para águas residuais contendo graxa, areia ou material incomumente abrasivo, explique isso durante a seleção. Um mecanismo de corte pode ajudar com as fibras, mas não resolverá todos os problemas causados ​​por areia, pedras ou gordura endurecida. O dimensionamento confiável da bomba de esgoto combina o projeto do impulsor, a passagem de sólidos e o diâmetro do tubo com o fluxo real de resíduos, em vez de depender apenas da potência ou dos valores-de fluxo máximo.

Uma bomba pode atender ao fluxo e à altura manométrica necessários, mas ainda assim ter um desempenho ruim se a bacia e o sistema de controle não forem devidamente combinados. O volume de trabalho entre os níveis de partida e parada da bomba determina quanto tempo ela funciona e com que frequência ela inicia. Se este volume for muito pequeno, a bomba poderá dar partida repetidamente em um curto período, causando aquecimento do motor, desgaste do contator e manutenção desnecessária.

A bomba normalmente deve funcionar o tempo suficiente para mover as águas residuais através da linha de descarga e evitar o reinício imediato. Uma bomba maior nem sempre é melhor. Se a sua capacidade for muito superior ao fluxo de entrada, poderá esvaziar a bacia rapidamente e criar ciclos curtos. Verifique as partidas máximas por hora recomendadas pelo fabricante e confirme se o volume de trabalho disponível pode atender a esse limite.

O nível de parada deve deixar líquido suficiente ao redor de uma bomba submersível para resfriamento e operação estável. Definir um valor muito baixo pode puxar ar para dentro da bomba, criar turbulência ou expor o motor. O nível inicial deve fornecer armazenamento suficiente sem permitir que as águas residuais alcancem o tubo de entrada ou o ponto de alarme-de nível alto.

Os interruptores flutuantes e os sensores de nível devem ter espaço suficiente para se movimentarem livremente. Mantenha-os afastados da turbulência de entrada, dos trilhos-guia, dos cabos das bombas e das paredes da bacia. Nas águas residuais que contêm fibras, os flutuadores amarrados podem ficar presos, pelo que a sua localização é tão importante como o próprio método de controlo.

Para aplicações mais críticas, um sistema duplex proporciona maior confiabilidade. As bombas podem alternar após cada ciclo, enquanto a segunda bomba inicia durante uma vazão excepcionalmente alta ou se a bomba em serviço não conseguir controlar o nível. Um alarme separado-de alto nível deve avisar o operador antes que ocorra um estouro.

Durante o comissionamento, encha a bacia com água limpa e observe a sequência completa. Confirme os níveis de partida e parada, o movimento da flutuação, a-operação da válvula de verificação, a rotação da bomba, a corrente do motor e o tempo necessário para baixar o nível. A bacia e os controles não são acessórios adicionados após o dimensionamento da bomba de esgoto; eles fazem parte do sistema de bombeamento completo.

Uma consulta completa sobre o dimensionamento da bomba de esgoto deve incluir os seguintes dados. Se um valor for desconhecido, marque-o como desconhecido em vez de substituí-lo por uma estimativa:

• Aplicação: casa, hotel, apartamento, prédio comercial, estação municipal ou processo industrial.
• Fonte líquida, temperatura, pH, se relevante, e uma descrição de sólidos ou fibras.
• Fluxo necessário na condição de projeto, incluindo unidades e padrão de pico.
• Elevação estática do nível operacional até o limite de descarga.
• Diâmetro interno do tubo, material, comprimento horizontal, comprimento vertical e contagem de acessórios.
• Tensão, frequência, fase disponíveis e qualquer limitação-de corrente inicial.
• Dimensões da bacia, nível de entrada, níveis de início e parada e volume de alarme necessário.
• Configuração única ou duplex, funções{0}}do painel de controle e requisitos de comunicação.
• Tipo de instalação, materiais necessários, comprimento do cabo, acessórios e necessidades de certificação local.

Com essas informações, o fornecedor pode selecionar uma curva, verificar a passagem de sólidos, estimar o tempo de execução, confirmar dados do motor e de controle e identificar riscos antes da cotação. Também torna as comparações entre fornecedores mais significativas porque cada proposta aborda a mesma obrigação.

1. O erro mais comum de dimensionamento de bombas de esgoto é selecionar valores máximos. A altura manométrica máxima e a vazão máxima não são simultâneas, portanto solicite sempre a curva completa. O segundo erro é tratar a elevação vertical como carga total. Longos percursos horizontais, pequenos tubos e válvulas podem adicionar atrito suficiente para mudar o modelo.
2. O terceiro erro é comprar potência extra sem verificar a bacia. Uma bomba superdimensionada pode encurtar o-ciclo, criar uma batida na válvula e se afastar de sua região eficiente. A quarta é ignorar os sólidos. Uma bomba-de água limpa pode ter uma curva atraente e ainda assim falhar imediatamente no esgoto. A quinta é presumir que todo macerador aceita banheiro; algumas unidades elevatórias são produtos de-água cinzenta.
3. Outro erro é dimensionar uma bomba em um sistema duplex e então assumir que duas bombas duplicarão o fluxo. A operação paralela altera o atrito do sistema e o ponto de operação. A curva combinada e as perdas na tubulação devem ser avaliadas. Da mesma forma, uma bomba de reserva fornece redundância somente se os controles, válvulas e alarmes forem testados.
4. Finalmente, muitas investigações omitem a via de descarga. Um fornecedor recebe vazão, altura manométrica e potência, mas não recebe diâmetro, comprimento ou acessórios do tubo. Se o cabeçalho declarado for apenas um aumento estático, a cotação pode estar errada, mesmo que corresponda exatamente à solicitação. Um simples esboço com elevações e comprimentos costuma ser mais valioso do que várias páginas de especificações gerais.

Qual bomba de esgoto com potência eu preciso?

A potência é resultado do trabalho hidráulico e da eficiência, não do ponto de partida. Determine a vazão necessária, o TDH e o manuseio de sólidos e, em seguida, selecione uma curva de bomba e um motor que cubra esse serviço sem sobrecarga.

Uma bomba de esgoto de 1 HP é sempre melhor do que uma bomba de 1/2 HP?

Não. A bomba de 1 HP pode produzir mais vazão ou altura manométrica, mas pode ser superdimensionada para uma bacia pequena e pode funcionar muito rapidamente. Compare ambas as curvas no TDH real e verifique o tempo mínimo de execução, a velocidade do tubo e as partidas por hora.

Quanta cabeça extra devo adicionar?

Calcule as perdas estáticas e por atrito com a maior precisão possível e, em seguida, aplique uma margem de incerteza modesta e documentada. Evite adicionar grandes fatores de segurança independentemente do fluxo, altura manométrica e potência, pois o superdimensionamento combinado pode ser grave.

Qual o tamanho de sólidos que uma bomba de esgoto deve suportar?

Depende da aplicação e do código local. O esgoto sanitário geralmente requer uma verdadeira bomba de esgoto, triturador ou macerador com um método de manuseio de sólidos-determinado. Confirme a especificação de passagem livre ou moagem; não deduza isso apenas pelo tamanho da tomada.

O comprimento do tubo horizontal conta como altura manométrica?

Não adiciona elevação estática, mas adiciona perda por atrito. O efeito pode ser significativo em uma linha de-diâmetro pequeno ou em vazão alta, portanto inclua o comprimento equivalente completo e os acessórios no TDH.

Quando devo usar duas bombas?

Use bombas duplex quando o pico de fluxo puder exceder uma unidade, a manutenção não puder interromper a drenagem ou o transbordamento criaria alto custo ou risco de saneamento. Confirme os pontos de operação-de bomba única e paralela.