Manual 03

Capitulo III – Turbo Máquinas Hidráulicas

Mecânica dos Fluidos

OPSAS

TURBO MÁQUINAS

TURBO MÁQUINAS HIDRÁULICAS. Constituição geral de turbinas e de bombas de vários tipos e as respectivas condições de aplicação e de funcionamento, tendo em vista os aspectos daquelas máquinas que são fundamentais para o projecto e a exploração de estações de bombagem.

J. Teixeira

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Capitulo III – Turbo Máquinas Hidráulicas

Capítulo III Máquinas hidráulicas e turbo máquinas hidráulicas As máquinas hidráulicas promovem a troca de energia mecânica entre a água ( outro liquido) e um dos seus órgãos. Existem máquinas hidráulicas de vários tipos: turbo máquinas, rodas de água ( em que a água actua pelo peso), bombas de êmbolo, carneiros hidráulicos e ejectores. As turbinas têm como elemento fundamental a roda ou rotor ( no casa das bombas, também denominado impulsor) e a sua designação provêm do latim, onde turbo significa movimento circular. As turbo máquinas podem subdividir-se nos seguintes tipos: - Turbo máquinas motoras, turbinas que recebem energia mecânica do líquido, tornandoa disponível no veio (mediante um binário e uma velocidade angular); - Turbo máquinas receptoras, bombas que transferem para a liquido energia mecânica recebida do exterior; - Turbo máquinas transmissoras, transmissões hidráulicas, que transmitem energia mecânica de um veio para outro ( e são normalmente constituídas pela associação de um torbo máquina receptora e de uma turbo máquina motora.

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Tipos de turbinas As turbinas classificam-se em dois grandes grupos, consoante a roda é actuada pela água á pressão atmosférica ( turbinas de acção também designadas por turbinas de impulsão) ou é atravessada pelo escoamento sob pressão ( turbinas de reacção). As turbinas de acção que se encontram mais frequentemente são do tipo Pelton. As turbinas de acção não têm correspondente tipo de bombas rotodinâmicas.

As turbinas de reacção, as bombas e as turbinas-bombas classificam-se quanto à direcção do movimento do líquido relativamente à respectiva roda: radial, axial ou mista

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Classificação das turbinas e de bombas

Turbo máquinas

Classificação quanto ao escoamento na

Designação corrente

roda Turbinas

De acção ou de impulsão De reacção

Hélico-centripedas (

Turbina Pelton Turbina Francis

radiais-axiais) Turbina mista (ou diagonais) e turbinas Mistas ( ou diagonais)

Dériaz)

axiais

Turbinas hélice ( pás fixas), Turbinas Kaplan, turbinas de bolbo.

Bombas

Centrifugas ( ou radiais) mistas ( ou diagonais) axiais

Turbina Pelton As turbinas de acção compreendem, essencialmente, a roda e um ou mais órgãos, designados

por

injectores,

cuja

função

é

transformar a energia de pressão do escoamento em energia cinética e dar saída a jactos convenientemente orientáveis para as rodas. As turbinas Pelton- usam-se para quedas altas. As rodas destas turbinas têm na periferia, pás com a forma de colher dupla. Cada injector tem no interior uma agulha, cuja deslocação faz variar a área de saída do injector e, portanto, o caudal do jacto.

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Turbinas Francis: São turbinas de reacção porque o escoamento na zona da roda se processa a uma pressão inferior á pressão atmosférica. Esta turbina é caracterizada por ter uma roda formada por uma coroa de aletas fixas, as quais constituem uma série de canais hidráulicos que recebem a água radialmente e a orientam para a saída do rotor numa direcção axial. A entrada na turbina ocorre simultaneamente por múltiplas comportas de admissão dispostas ao redor da roda, e o trabalho exerce-se sobre todas as aletas ao mesmo tempo para fazer rodar a turbina e o gerador. Os outros componentes desta turbina são a câmara de entrada, a qual pode ser aberta ou fechada com uma forma espiral, o distribuidor constituído por uma roda de aletas fixas ou móveis que regulam o caudal e o tubo de saída da água. Estas turbinas utilizam-se em quedas úteis superiores aos 20 metros, e possuem uma grande adaptabilidade a diferentes quedas e caudais.

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As turbinas Francis, relativamente às Pelton, têm um rendimento máximo mais elevado, velocidades maiores e menores dimensões Turbinas Kaplan e Hélice: São turbinas de reacção, adaptadas ás quedas fracas e caudais elevados. São constituídas por uma câmara de entrada que pode ser aberta ou fechada, por um distribuidor e por uma roda com quatro ou cinco pás em forma de hélice. Quando estas pás são fixas diz-se que a turbina é do tipo Hélice. Se as pás são móveis o que permite variar o ângulo de ataque por meio de um mecanismo de orientação que é controlado pelo regulador da turbina, diz-se que a turbina é do tipo Kaplan. As turbinas Kaplan são reguladas através da acção do distribuidor e com auxílio da variação do ângulo de ataque das pás do rotor o que lhes confere uma grande capacidade de regulação. As turbinas Kaplan e Hélice têm normalmente o eixo vertical, mas podem existir turbinas deste tipo com eixo horizontal, as quais se designam por turbinas Bolbo.

Se a turbina Kaplanfor montada num eixo horizontal e possuir o alternador acoplado directamente, temos o chamada grupo bolbo.

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Note-se que o alternador acoplado directamente à turbina encontrando-se submerso. Estes grupos são vulgarmente aplicados no aproveitamento da energia maremotriz para produção de energia eléctrica (aproveitamentos maremotrizes).

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Tipos de bombas centrifugas: Descrição geral e condições de instalação de bomba Uma bomba (rotodinâmica) compõe-se de dois elementos principais: a roda (rotor ou, ainda, impulsor), que modifica a direcção das trajectórias líquidas, e o corpo da bomba, que dirige o líquido para a roda e o afasta a pressão mais elevada. O corpo da bomba, além de conter a roda e suportar as chumaceiras, compreende, a montante e a jusante da roda, trechos de conduta ( de aspiração e de impulsão, respectivamente) que, em geral, terminam em flanges. Consoante a direcção do escoamento em relação à roda é predominantemente radial ou axial, as rodas (e as bombas) classificam-se, em centrífugas ou axiais (hélice ou Kaplan, se as pás são orientareis); para uma direcção intermédia, classificam-se em mistas. A roda é constituída por um núcleo movido pelo respectivo eixo, a que se ligam as pás, as quais, no caso de bombas centrífugas e mistas, podem estar solidarizadas por coroas, em um ou em ambos os bordos. As rodas, em relação a este aspecto, dizem-se abertas, meio abertas ou fechadas, consoante não existam coroas, exista uma ou exista duas. As rodas de bombas para líquidos portadores de detritos, como é o caso dos esgotos, não são, em geral fechadas. No percurso da roda aumenta a energia de pressão e a energia cinética do líquido. O acréscimo de energia cinética do líquido. É transformado parcialmente em energia de pressão nos órgãos da bomba a jusante da roda. Nas bombas centrifugas e nalgumas bombas mistas essa transformação é feita na voluta – conduta que

envolve

a

roda

e

cuja

secção

cresce

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progressivamente para jusante – e no cone divergente que se segue. Este cone termina, em geral, na flange de ligação à conduta de impulsão. Geração da Força Centrífuga O líquido entra no bocal de sucção e, logo em seguida, no centro de um dispositivo rotativo conhecido como impulsor. Quando o impulsor gira, ele imprime uma rotação ao líquido situado nas cavidades entre as palhetas externas, proporcionandolhe uma aceleração centrífuga. Cria-se uma área de baixa-pressão no olho do impulsor, causando mais fluxo de líquido através da entrada, como folhas líquidas. Como as lâminas do impulsor são curvas, o fluido é impulsionado

nas

direções

radial

e

tangencial pela força centrífuga. Fazendo uma analogia para melhor compreensão, esta força que age dentro da bomba é a mesma que mantém a água dentro de um balde, girando na extremidade de um fio. A Figura , abaixo, mostra um corte lateral de uma bomba centrífuga indicando o movimento do líquido

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As

bombas

centrifugas

para

grande altura total de elevação e pequeno caudal dispõem ainda de um difusor entre a

roda e a evoluta, no qual se faz a redução

de

velocidade à saída

da roda; o difusor

pode ser provido de pás, as quais, guiando o escoamento, melhoram a eficácia da recuperação da energia cinética. Nas bombas axiais, o aumento de energia do líquido é provocado pela acção propulsora das pás. Estas bombas não têm evoluta, existindo um cone divergente a jusante da roda, no qual se

processa a recuperação da energia cinética em energia de pressão. Quando a altura total de elevação pretendida não pode ser conseguida com bom rendimento apenas por uma roda, constroem-se bombas com várias rodas montadas em série sobre o mesmo eixo e que recebem a designação

de

bombas multicelulares ou bombas de andares. Estão neste caso as bombas que se instalam acopladas com motores eléctricos imersos, em

furos

de captação de água. Existem bombas centrifugas com rodas

duplas ou geminadas; o líquido entra para a roda em sentidos opostos (bombas de dupla entrada) e sai por uma evoluta comum. A altura total de elevação de uma bomba é a diferença de carga em secção à saída e à

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entrada da bomba. Nas bombas com evoluta, essas secções são as das flanges de impulsão e de aspiração. A carga em cada uma dessas secções é obtida medindo a pressão com manómetros e adicionando à cota piezometrica a atura cinética, afectada do coeficiente de Coriolis.

Performance de bombas Numa qualquer bomba centrífuga, a operar a uma dada velocidade de motor, a pressão e o débito de descarga variam inversamente. A bomba ou fornece uma pequena quantidade de água a elevada pressão ou uma grande quantidade de água a baixa pressão.

O Resultado é que a bomba pode trabalhar sem se danificar, em máxima potência, quer em fornecimento total com elevado débito e baixa pressão ou sem fornecimento, sem débito e à pressão máxima. A flexibilidade é uma das principais vantagens das bombas centrifugas porque permite variar, com segurança, as condições de descarga. As ralações entre débito e pressão podem ser ilustradas no gráfico.

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Apresenta as curvas características de uma bomba centrífuga utilizada no ataque a incêndios. As curvas A,B e C representam a pressão a diferentes velocidades constantes. Com uma bomba movida por um motor de combustão contínua, é impossível manter constante a sua rotação, dentro da mesma selecção de acelerador, porque as rpm variam com a carga no motor em função da pressão e quantidade. Para efeitos teóricos, vamos assumir que as rpm são constantes. Na curva A verifica-se que, para essa velocidade constante, o débito da bomba pode ser controlado entre quantidade zero a 10 bar e máximo débito a 1 bar, bastando para isso regular o débito de saída no lado de pressão da bomba. A curva B é também uma curva de rpm constante, mas com o motor a rodar mais lento, onde tem a pressão máxima de 8 bar a débito nulo e a pressão de 1 bar a 3100 l/min de descarga nos ramais abertos. A curva C assenta no mesmo princípio. Se fosse possível rodar a motor, numa série de velocidades constantes, uma curva similar às curvas A,B e C poderia ser obtida para cada variação de rpm. Mas uma bomba centrifuga rodada por um de combustão interna, não mantém a velocidade constante quando a carga varia. Consoante a quantidade de água a ser fornecida aumenta, as rpm do motor caem porque a potência absorvida pela bomba aumenta e assim baixa a rotação do motor. Assumindo que a bomba em questão é representada pelas curvas de valor de pressão da figura e que a bomba é operada com o máximo de potência de motor, a curva verdadeira de pressão/débito nas várias velocidades será a curva D. Note-se que esta curva tem as mesmas características gerais das restantes e uma gama que vai de 14 bar sem débito até 1 bar a 2800 J. Teixeira 12

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l/min, mas que a gama de máxima velocidade das curvas A e B não pode deste modo ser obtida com a potência disponível no motor. O débito máximo da bomba, de acordo com a curva D é de 2800 l/min, e o seu fluxo é obtido com as cargas após a bomba completamente aberta. Se algums comprimentos de mangueira forem adicionados, a pressão na bomba vai subir e o caudal fornecido baixará até que a pressão da bomba seja suficiente para vencer as perdas por fricção nas mangueiras. Isto é representado por um ponto mais acima na curva. A adição de mais mangueiras terá o mesmo efeito, a pressão subirá e o caudal fornecido irá cair até que o equilíbrio entre a pressão e o débito seja alcançado num ponto mais acima na curva. Pode deste modo dizer-se que existe um fornecimento máximo para cada tipo de bomba para uma particular pressão e que se uma bomba estiver a trabalhar ao seu máximo não se pode obter mais débito por intermédio do aumento da pressão, independentemente dos meios que se adoptem. O único método de aumentar a potência de saída da bomba, para um regime constante de motor, é reduzir a pressão contra a qual a bomba trabalha, mas essa redução somente resultará num aumento de caudal, dependendo da curva característica da bomba. Funcionamento de bombas em paralelo e em série Se duas bombas funcionam em parelelo, a curva característica do conjunto obtém-se somando as abcissas das curvas características H=H*Q correspondentes a cada bomba, a uma mesma altura total da bomba. Na associação de bombas em série, a curva característica do conjunto é dada pela soma das ordenadas das curvas H=H*Q, correspondentes, para cada bomba, a um mesmo caudal. Em

ambos

funcionamento

é

os dado

casos, pela

o

ponto

intersecção

de das

características do conjunto das bombas e da instalação.

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Curvas Características escolha de bombas A figura apresenta um gráfico de pré-selecção

de

bombas

de

uma

determinada marca, a partir do qual o utilizador têm de consultar, para a selecção de determinada família" de bombas. Os catálogos incluem mosaicos de utilização, cada um referente a uma determinada velocidade de rotação ( neste caso 1750rpm). Conhecido o caudal e a altura total de elevação e escolhido a velocidade de rotação, o mosaico de utilização permite a pré-selecção da bomba.

Partes Principais de uma Instalação de Bombeamento Bombas

hidráulicas

são

máquinas de fluxo, cuja função é fornecer energia para a água, a fim de eleva-la, através da conversão de energia

mecânica

de

seu

rotor

proveniente de um motor a combustão ou de um motor eléctrico. Desta forma, as bombas hidráulicas são tidas como máquinas hidráulicas geradoras.

Potência e eficiência de bombas. A potência necessária para permitir que a bomba forneça água, é fornecida por qualquer forma de gerador primário, o qual pode ser um motor de combustão interna, um motor eléctrico ou outro tipo de turbina. No caso de bombas de incêndio é geralmente um motor de combustão interna e a sua potência é medida em watts.

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Trabalho – Quando uma força que actua sobre um veículo ou barco e causa do seu movimento, diz-se que efectua trabalho. A unidade geralmente usada é o newton metro (Nm)ou joule ( J), que se define pelo trabalho necessário efectuar para vencer a resistência de 1 newton na distância de 1 metro. O trabalho total alcançado por uma força é calculado pela multiplicação da magnitude da força pela distância em que actua. Potência – A razão à qual o trabalho é efectuado é medida em watts (W). 1 Watt é a potência dispendida quando a resistência de 1 newton é vencida durante a distância de 1 metro em 1 segundo, ou seja 1 Nm de trabalho por segundo. Força( F ) * distância (d ) newton * metro = Tempo(t ) segundo Re sultado em watts ou joules por segundo Potência( P) =

Potência ao veio (Brake Power=BP). A potência efectiva ou útil desenvolvida pelo gerador de movimento ( eléctrico ou de combustão interna), é medida por um instrumento chamado dinamómetro. Este instrumento toma geralmente a forma de um travão aplicado ao veio de movimento e a sua potência efectiva é consequentemente chamada de potência ao veio ( Brake power BP). Depende da cilindrada e do número de cilindros do motor é varia com as rpm. Potência de água ( water power = WP) ou potência útil. É a potência requerida para fornecer uma dada quantidade de água com uma certa pressão de altura de coluna de água num dado tempo. Se, portanto, forem conhecidos o débito em litros por minuto (L) e a pressão da bomba em bar, a potência de água necessária pode ser determinada pela multiplicação do caudal em litros por segundo ( L/60), a altura de coluna de água em metros ( pressão da bomba em bar*10,19) e a força requerida para elevar a água ( 9,81 newtons por litro) para termos a resposta em watts. WP = 9.81*

100 * L * P L *10,19 * p ⇔ WP = 60 60

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Exemplo: Qual é a potência de água de uma bomba que fornece 2400 litros de água por minuto a uma pressão de 6 bar? WP =

100 * L * P 100 * 2400 * 6 ⇔ = 24 Kw 600 60

Eficiência da bomba – A potência útil é a razão entre a saída de potência de água e a entrada de potência ao veio. Ou por outro modo a razão entre a potência útil e a total. Naturalmente que nenhuma bomba de água é 100% eficiente e os construtores desenham bombas para darem uma saída definida com uma certa percentagem de eficiência. Se a eficiência da bomba for conhecida, a potência total ou veio (BP) requerida para dar saída esperada pode ser calculada do seguinte modo: BP =

WP Eficiência

Exemplo: Qual a potência requerida para movimentar uma bomba que deve fornecer 240 litros de água por minuto a uma pressão de 6 bar, sabendo-se que a sua eficiência é de 80%? WP= 24Kw ( do exemplo anterior). BP =

WP 24 *100 = = 30 Kw Eficiência 80

Como se pode ver, embora a potência de água seja de 24 Kw, devido à eficiência da bomba ser de 80%, a potência ao veio requerida para fornecer 2400 litros de água por minuto contra uma pressão de coluna de água de 6 bar é de 30 Kw. Quando a potência ao veio de um motor que roda é desconhecida, a eficiência ou rendimento da bomba pode ser calculada dividindo a potência de água ou útil pela potência ao veio ou total e multiplicando por 100 Re n dim ento ou eficiência =

WP 24 *100 = em% ⇔ η = = 80% BP 30

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Planeamento, avaliação de necessidades e transporte de água

Generalidades. 0 fornecimento de água para ataque a incêndio, em lugares onde os dispositivos de alimentação de água são inadequados ou não existem, é sempre difícil e consome tempo. Independentemente do método a aplicar, este deve ser passível de uma rápida implementação se pretende desenvolver e sustentar uma operação satisfatória de ataque ao fogo. A dimensão e localização de um fogo que requer mais água que a fornecida pelas fontes imediatamente disponíveis e consequentemente a complexidade da tarefa de transporte de água ou de estabelecimento de rede de bombas e mangueiras pode variar consideravelmente. Por outro lado, um pequeno fogo rural pode ser facilmente atacado com uma ou duas cisternas que recolhem e fornecem água para ataque a incêndio sob a forma de serviço de plataformas móveis. No outro extremo da escala, um grande fogo industrial pode requerer muitos milhares de litros de água, que devem ser bombeados por vários quilómetros durante um período indefinido. Qualquer que seja a situação encontrada pelo chefe bombeiro relacionada com o transporte e estabelecimento de rede de mangueiras e bombas, é necessário avaliar em primeiro lugar a quantidade de água que é necessária para conter e extinguir o fogo; em segundo ligar precisa de saber a distância a fonte de água disponível ao local de incêndio, bem como o terreno sobre o qual se vai realizar a operação para permitir o cálculo da quantidade de equipamento e pessoal necessários para atingir o objectivo. Planeamento prévio. Um grande fogo industrial pode requerer grandes quantidades de água para ser contido e extinto, e as vezes, onde o fornecimento de água local é limitado, podese apresentar ao bombeiro chefe um problema táctico difícil. E essencial que o planeamento prévio para fogos de maiores dimensões inclua a provisão de fornecimento de água e isso deve ser efectuado quer ao nível do comando, quer ao nível da brigada para que o problema global seja compreendido e as providências necessárias sejam efectuadas para responder a qualquer pedido.

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Quando se determina a politica geral para o transporte de água ou estabelecimento de linha de mangueira e bombas em série, é importante coligir os factos para que o quadro completo apareça. Os factores que devem ser tomados em consideração são: 1. A natureza dos riscos e os processos envolvidos; 2. o número estimado e tipos de jacto, e consequentemente a quantidade de água que se prevê virem a ser necessária para extinguir um fogo de grandes proporções; 3. a quantidade de água disponível na vizinhança da zona de risco; 4. a quantidade adicional de água necessária; 5. a localização das fontes de água e a distância envolvida no transporte ou no estabelecimento; 6. o equipamento e métodos disponíveis; 7. os factores de tempo envolvidos na montagem dos vários itens de equipamento necessários para completar a tarefa. Uma vez que o quadro global tenha sido desenvolvido, o chefe da brigada pode estudar as várias opções em aberto. As opções podem ser listadas do seguinte modo: 1. Se deve utilizar cisternas ou auto-tanques; 2. a necessidade de carretéis de mangueira e quantidade de mangueira que devem transportar; 3. se deve ser efectuado um estabelecimento em série de mangueiras e bombas; 4. se deve utilizar mangueira convencional de 70 mm de diâmetro ou de diâmetro superior Estas variadas opções devem ser estudadas para se estabelecer quais os melhoramentos em eficiência que se podem obter em movimentos de equipamento, mão de obra e tempo face a adopção de meios mecânicos em vez de manuais para a tarefa de levar a água da fonte ao terreno de fogo.

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Cálculo da quantidade de água requerida. Num grande fogo, seria uma tarefa demorada, se não impossível, o cálculo preciso das quantidades de água em uso, ou que se prevê utilizar. Cada ramal deve ser verificado quanto a caudal e pressão de agulheta antes da avaliação poder ser efectuada. Uma regra simples de polegar pode ser usada para simplificar esta tarefa e ao mesmo tempo dar uma indicação aproximada das quantidades totais de água requeridas. Cálculos baseados em caudais de mangueira. Como uma bomba somente pode fornecer água a mesma pressão para todos os ramais que lhe estão ligados, esta situação acontece quando uma bomba está a fornecer água a uma pressão de bomba para linhas de mangueira e agulhetas de diferentes diâmetros. Em vez de calcular a descarga de água numa combinação de diferentes tamanhos de aguiheta e pressões,. a prática indica-nos que é possível estimar as quantidades de água com suficiente precisão, baseada nos caudais prováveis para diferentes tipos de agulheta. Assumindo que um estabelecimento médio de mangueira deva ter 4 a 5 comprimentos e que a pressão normal de agulheta seja aproximadamente 6 bares, então os seguintes caudais devem ser aplicados: (1) 45 mm de diâmetro de mangueira = 300 Litros/min (2) 70 mm de diâmetro de mangueira = 600 Litros/min (3) 90 mm de diâmetro de mangueira = 1200 Litros/min Pela utilização desta simples tabela, as quantidades de água requeridas por uma dada situação podem ser rapidamente estimadas Exemplo: Se pretendermos utilizar 6 jactos ligados a agulhetas de 45 mm e 4 jactos ligados a agulhetas de 70 mm, qual é a quantidade de água necessária? 6 linhas de mangueira de 45 mm precisam de 300 * 6 1800 Litros/min 4 linhas de mangueira de 70 mm precisam de 600 * 6 = 2400 Litros/min Total de água necessário = 4200 Litros/min J. Teixeira 19

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Transporte de Água. Em áreas rurais, onde a distância entre as fontes de água e a zona de incêndio pode ser considerável e onde e requerido um fornecimento limitado, mas sempre continuo, de água durante um dado período de tempo, deve ser dada preferência a um dispositivo de transporte de água em relação a um estabelecimento longo de bombas e linha de mangueira. O transporte de água pode ser efectuado ou pela utilização de um dado número de cisternas para recolher água da fonte e transportá-la para um tanque de um dispositivo de ataque a incêndio; ou recorrendo a um ou mais auto-tanques. O processo de alimentação de água a zona de incêndio e reabastecimento deve ser continuado enquanto se considerar necessário. Deve também ser levado em conta que a fonte mais próxima de água não é necessariamente aquela que se vai utilizar, porque uma fonte de alimentando melhor pode estar disponível a pequena distância. Isto e particularmente importante quando consideramos a utilização de cisternas, porque um tempo de viagem ligeiramente mais longo pode ser compensado por uma fonte de água mais abundante, com a consequente reducao do tempo requerido para completar a operação de reabastecimento. As vantagens da utilização de auto-tanques em relação a um elevado número de cisternas baseassem nas seguintes considerações: a. A quantidade de equipamentos necessários e menor; b. Menos mão de obra; c. O tempo necessário a montagem dos equipamentos para se atingir a capacidade necessária diminui; d. As viagens de transporte de água são reduzidas; e. Os dispositivos de ataque a incêndio não se destinam somente a transporte de água; f. Os custos de operação são reduzidos.

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Nota: Contra estas vantagens deve se recolocado o factor do custo de aquisição e manutenção dos auto-tanques. O exemplo seguinte ilustra o método de cálculo dos recursos mínimos necessários para efectuar a operação de transporte de água. Na prática, ou mais dispositivos devem ser requisitados para cobrir atrasos imprevistos e outras situações que podem ocorrer numa situação de ataque a incêndio. Exemplo: Um fogo requer um fornecimento contínuo de 250 litros/min por um período indefinido de tempo. A fonte de reabastecimento mais perto debita 500 Litros/min e envolve uma viagem de ida e volta de 15 minutos. Uma cisterna leva 1800 litros de água e um auto-tanque 9000 litros. Para se responder aos requisitos do fogo: (a) Quantas cisternas são necessárias e quantas viagens por hora? (b) Quantos auto-tanques são necessários e quantas viagens por hora? (c) Assumindo que um carro cisterna tem uma tripulação de 6 elementos e um autotanque 2 elementos, quantos elementos seriam necessários para a Operação de transporte de água? Resposta: (a) - Uma cisterna leva 1800 litros e a um débito de 250 l/min dá para +/- 7 min Tempo para encher e descarregar 1800 litros = 6 minutos - Viagem de ida e volta 15 minutos - Tempo total para cada viagem = 21 minutos Pelo que um carro - cisterna pode efectuar cerca de 3 viagens/hora

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Se uma cisterna dura perto de 7 minutos, para manter um abastecimento contínuo de água 21/7 = 3 carros cisterna são necessários, (b) — Um auto-tanque leva 9000 litros e a um débito de 250 1/mm dá para 36 minutos - Tempo para encher e descarregar 9000 litros L 20 minutos - Viagem de ida e volta = 15 minutos - Tempo total para cada viagem = 35 minutos Se um auto-tanque dura 36 minutos, para manter um fornecimento contínuo 35/36 = I auto-tanque chega para manter o fornecimento de água e teria de fazer aproximadamente duas viagens por hora. (c) Os 3 carros - cisterna necessários precisariam de 18 homens, dos quais somente 6 seriam completamente utilizados, enquanto com um auto-tanque somente seriam necessários 2 homens, ambos efectivamente aproveitados.

Instalações Hidráulicas para o serviço de incêndios.

As instalações hidráulicas para extinção de incêndios constituem um meio importante no conjunto dos sistemas de protecção contra incêndios dos edifícios. J. Teixeira 22

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A forma como a água é disponibilizada para o combate a incêndios depende essencialmente dos riscos a proteger. Assim podem existir instalações hidráulicas para protecção contra incêndios, destacando-se as seguintes; Redes de incêndios armadas (RIA) – meio de 1ª ou 2ª intervenção manual, destinada essencialmente a ser utilizada pelos ocupantes do edifício; Colunas húmidas – meio de apoio à intervenção dos bombeiros no interior do edifício, em certos casos pode ser associado a uma RIA; Coluna seca – Meio de apoio à intervenção dos bombeiros no interior do edifício; Sistemas automáticos de extinção a água ( sprinklers e fine water mist) – meio de 1ª intervenção; Rede de hidrate exterior ( marcos e bocas de incêndio) – meio de apoio à primeira intervenção dos bombeiros para reabastecimento dos veículos de combate a incêndios. Rede de incêndios armada A rede de incêndios armada (RIA) é um sistema hidráulico destinado à intervenção pelos ocupantes do edifício, dispondo de bocas-de-incêndio armadas, isto é, guarnecidas com os meios necessários à actuação imediata, condutas e fonte de abastecimento e pressurização. Normalmente ainda possui equipamento de medição e controlo. A RIA é uma instalação hidráulica mantida permanentemente em carga, pelo que se trata de uma coluna húmida. Boca de incêndios armada (BIA) 25 mm Os cartéis de incêndio são constituídos por um lanço de mangueira de 25 metros de comprimento, no mínimo, guarnecido com uma agulheta e ligado `canalização RIA. Os cartéis devem estar de acordo com a norma NP EN 671-1 Armário (Opcional)

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Boca de incêndios normalizada (Ǿ 25mm) com válvula de manobra ( fecho manual).

Lanço de mangueira semi-rígida (Ǿ 25mm) e respectivas uniões, com uma delas ligada à conduta de alimentação. O seu comprimento máximo é de 30 m; Uma agulheta de três posições (Ǿ 25mm) ligada na outra união; Tambor de alimentação axial para enrolamento de mangueira; Orientador de mangueira ( opcional).

Boca de incêndios armada (BIA) 45 mm As bocas de incêndio armadas de 45mm devem estar de acordo com a norma (NP EN 671-2) e possuem um braço de mangueira flexível de 45 mm que pode estar enrolado ou em camadas. São conhecidas pela designação “tipo teatro”. Estas bocas de incêndio devem estar de acordo com a norma NP EN 671-2 Armário (Opcional) Boca de incêndios normalizada (Ǿ 45mm) com válvula de manobra de abertura lenta. Lanço de mangueira flexível (Ǿ 45mm) e respectivas uniões to tipo storz, com uma delas ligada à conduta de alimentação. O seu comprimento máximo é de 20 m; Uma agulheta de três posições (Ǿ 45mm) ligada na outra união; Tambor / suporte de alimentação axial para enrolamento de mangueira; Chave de manobra para uniões (opcional) Aspectos de dimensionamento Escolha do tipo de BIA para cada espaço a proteger;

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Distribuição das BIA; Localização das BIA; Dimensionamento das canalizações da rede; Escolha e dimensionamento do tipo de alimentação da BIA De todos os aspectos o que o do nosso âmbito será o dimensionamento das canalizações. Assim garantir uma pressão de, pelo menos, 2,5 bar nas BIA tipo cartel e 4 bar no tipo teatro, no ponto de cota mais elevado ou na BIA que for considerada em posição mais desfavorável. O caudal a considerar nesta medição será o correspondente ao funcionamento simultâneo de metade das bocas-de-incêndio da BIA, com um máximo de quatro. Os valores mínimos dos diâmetros gerais da RIA deverão ser: 50 mm, para uma ou duas BIA tipo teatro; 70mm, para três a seis BIA tipo teatro; 100 mm, para nais de seis BIA tipo teatro; O material das canalizações à vista da RIA não pode ser de plástico; Quando na RIA existirem desníveis acentuados, devem instalar-se válvulas de retenção: A canalização da RIA deve ser em anel, em especial se o número de BIA for igual ou superior a quatro; Os caudais de referência normalmente adoptados são da ordem de: 9 a 15 m3/h (150 a 250 l/min), para uma BIA tipo teatro. 7 a 5 m3/h ( 80 a 250 l/min), para uma BIA tipo cartel. Alimentação da RIA (abastecimento de água) é em regra, comum às outras instalações hidráulicas de protecção contra incêndios existentes e, como tal, será abordado no ponto – abastecimento de agia para SI.

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Sistema de sprinkers Funções e constituição do sistema

Os sistemas de sprinkers são, essencialmente, sistemas automáticos de extinção a água que desempenham três funções distintas de protecção contra incêndios. Detectam a ocorrência de um foco de incêndio; Circunscrevem-no a um espaço limitado e, muitas vezes extinguem-no; Emitem o alarme de incêndio; A sua aplicação é frequente em: Espaços pouco vigiados pelo facto de serem automáticos; Espaços com elevado risco de incêndio ( elevada carga de incêndio), mesmo que ocupados, pela suas características de, numa fase precoce, limitarem e extinguirem rapidamente um foco de incêndio. Um sistema de sprinker é constituído por: Dispositivo de detecção de incêndios, normalmente associados aos sprinklers; Dispositivo de pulverização e projecção de água – sprinkers ( ou pulverizadores) Posto de controlo com dispositivo de emissão do alarme; Condutas da rede ( canalizações); J. Teixeira 26

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Válvulas, nomeadamente as de seccionamento, de teste e de retenção; Manómetros e dispositivos de monitorização; Finte de abastecimento e pressurização de água; Tipos de sistemas de sprinkers As instalações dos sprinkers podem ser dos seguintes tipos: Instalações standard, que se subdividem em: Húmidas Secas Alternadas – húmidas/secas; De pré-acção Instalações de dilúvio. A escolha do tipo de instalação e tipo de sprinklers depende, conforme foi referido, do nível de risco dos espaços a proteger, das condições ambientais ( probabilidade de temperaturas muito elevadas ou baixo do ponto de congelação da água), das características dos elementos de construção e de outros factores como, por exemplo, a forma de armazenamento e distribuição de produtos ou prováveis danos resultantes da operação do sistema.

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Sprinkers O sprinker ou pulverizador é o componente do sistema destinado a projectar água com vista à circulação e na maioria dos casos, à extinção do incêndio. É composto em regra por: Corpo do pulverizador com sistema de fixação; Orifício calibrado de descarga de água; Deflector; Obturador; Dispositivo de detecção sensível à temperatura. Dimensionamento Distribuição das canalizações Os sistemas dependem essencialmente da arquitectura dos espaços cobertos. Porém, é usual classificar a distribuição dos ramais em duas grandes categorias. Distribuição lateral – os ramais secundários estão todos localizados num só lado do ramal principal; Distribuição centra – Os ramais secundários estão distribuídos nos dois lados do ramal principal.

Numero expectável de sprinklers em operação para as diferentes classes de risco

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Classe de risco

Área coberta

Espaçamento m

m2

Pressão/Caudal

Nº de sprinklers

bar-L/min

Ligeiros

20

4,6

2,2 – 225

4

ordinários

12

4

1,5 -1800

6-30

Graves

9

3,7

A definir

Variável >18

Abastecimento de água para serviços de incêndio A concepção e o dimensionamento do sistema de abastecimento de água deverá atender ao caudal total, às pressões de trabalho e à duração das pressões de extinção, de modo a garantir a maior fiabilidade de trabalho e à duração das operações de extinção, de modo a garantir a maior fiabilidade e autonomia da instalação face aos cenários previsíveis de incêndio.

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