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21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES – Trabalhos Técnicos 1

X-002 PROPOSTA DE ADEQUAÇÃO DE BOMBEAMENTO DE ESGOTOSUBSTITUINDO BOMBAS PARAFUSO (ARCHIMEDES) POR SUBMERSÍVEIS

COM VANTAGENS TÉCNICAS, OPERACIONAIS E DE MANUTENÇÃO

José Uilson Rodrigues(1)

Engenheiro Eletrotécnico, com curso de especialização em Engenharia de SaneamentoBásico, Pós-Graduado em Materiais e Equipamentos Elétricos, Professor do SENAI,Gerente de Manutenção da SabespHermínio da Cunha Ribeiro JúniorEngenheiro Industrial Mecânico, pós-graduando em Gerenciamento da Manutenção peloInstituto de Especialização em Ciências Administrativas e Tecnológicas da Faculdade deEngenharia Industrial (IECAT- FEI-SP)Dante Ragazzi PauliEngenheiro Civil, Pós-Graduado em Saúde Pública, Professor Universitário, Gerente de Departamento daSabespHales Bueno CândidoEngenheiro Eletricista, Gerente de Divisão da Sabesp

Endereço(1): Rua Major Pinheiro Froes, 1560 - Suzano - SP - CEP: 08680-000 - Brasil - Tel: (11) 4743-1379 - e-mail: [email protected]

RESUMO

Nas estações elevatórias de esgoto da Sabesp em que são utilizadas bombas parafuso tipo Archimedes, tem-sedeparado com freqüentes manutenções corretivas que geram custos elevados, com tempo de recuperação maiorno sistema dado às dificuldades de atuação das equipes de manutenção quanto ao acesso e à remoção deequipamentos por seu porte muito grande. Com base nesses fatos optou-se, como alternativa, pela substituiçãodessas bombas por submersíveis, ganhando assim melhor acesso pelo mantenedor, facilidade de manutenção,menor contato do mantenedor com o esgoto.

PALAVRAS-CHAVE: bomba parafuso, bomba submersível, elevatória de esgoto, manutenção de bomba,melhoria de desempenho.

INTRODUÇÃO

As estações elevatórias de esgoto da Sabesp, construídas na década de 1970, que recalcam esgoto através debombas parafuso tipo Archimedes, têm apresentado diversos problemas de manutenção dado à aproximação dofinal da vida útil dos equipamentos. Entre os problemas podemos citar: quebra do mancal inferior (que ficasubmerso no esgoto), quebra de rolamentos, rompimento de engrenagens da caixa de redução, furos no corpodo fuso da bomba, desgaste na hélice e inúmeros outros. Em virtude da dificuldade de acesso para esses tipos deserviço, há envolvimento da equipe mantenedora no contato direto com o esgoto, isto nos levou a pesquisaralternativas de recalque cuja solução adotada, neste caso, foi a aplicação de bombas submersíveis emsubstituição às bombas parafuso, procurando a utilização do máximo de recursos disponíveis na própriainstalação. Citamos o exemplo do uso do fuso como linha de recalque ou do leito (berço) da estrutura civilcomo apoio para a tubulação de recalque ou outra opção após análise técnica do executante

DESCRIÇÃO DA BOMBA PARAFUSO

O invento da bomba parafuso em aproximadamente 287 a 212 AC é atribuído a Archimedes, apesar datecnologia moderna aplicada ao seu projeto de fabricação o princípio de funcionamento por ele idealizado aindase mantém inalterado.As bombas parafuso tradicionalmente aplicadas em irrigação e drenagem encontram nos dias de hoje umavariada faixa de aplicações em tratamento de esgotos onde grandes volumes de líquidos são elevados a alturasrelativamente baixas com inúmeras vantagens (figura 1). Em função do próprio princípio de funcionamento a


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bomba parafuso recalca qualquer vazão de líquido que chegue, considerando sua capacidade máxima, evitandoo emprego de dispendiosos sistemas de controle necessários às bombas centrífugas. Outra importante vantagemno campo do saneamento é a sua capacidade de transportar o esgoto sem necessidade de gradeamento, onde osdetritos de qualquer espécie são carregados juntamente com o esgoto através das superfícies helicoidais dabomba, sem causar entupimento, o que seria comum nas bombas centrífugas trabalhando nas mesmascondições.O fato das bombas parafuso não necessitarem de gradeamento traz as seguintes vantagens:• Em estações elevatórias de esgoto intermediárias, isto é, aquelas que tem a única finalidade de elevar o

nível do interceptor, a dispensa de um sistema de gradeamento e a conseqüente eliminação da retirada edisposição final do material gradeado, implicando numa redução sensível dos custos operacionais,

• Em estações elevatórias de esgoto localizadas nas áreas de ETE’s a bomba parafuso possibilita que ogradeamento seja efetuado após a bomba, com isto as grades serão mais curtas e conseqüentemente maisbaratas,

• Devido à baixa velocidade de rotação, as bombas parafuso não apresentam praticamente nenhum desgastepor abrasão de sólidos em suspensão sobre sua superfície, proporcionando dessa forma uma sensívelredução nos custos de manutenção.

• Com relação ainda à sua baixa velocidade de rotação e sua característica de transportar o líquido pordeslocamento volumétrico, nos processos onde se empregam lodos ativados os flocos são mantidos notransporte sem dano algum.

figura 1 – curva de rendimento da bomba parafuso

DESVANTAGENS DA BOMBA PARAFUSO

No entanto, as bombas parafuso apresentam sérias desvantagens, principalmente quando próximo do final desua vida útil:• Alto custo de manutenção;• Baixa altura manométrica;• Grande dificuldade de manutenção corretiva;• Armazenamento de gases no interior do fuso;• Perda de vazão elevada;• Dificuldade em obtenção de peças de reposição;



• Problemas de lubrificaçãoEstas desvantagens, dentre outras, muitas vezes são decisivas na hora de optar-se por continuar operando comessas bombas ou substituir todo o sistema.

EXPERIÊNCIA EM OUTROS PAÍSES

As adequações de instalações similares aos da Sabesp em outros países se devem às mesmas possuíremequipamentos antigos, sem peças de reposição , com custo elevado de manutenção corretiva, com problemasfreqüentes de obstrução por areia, madeira e problemas de lubrificação dos mancais.

Em Leipzig – Alemanha, na Estação de Tratamento Rosental de Administração Particular da WAB –Wasserversongungs und Abwasserbehandlung – Leipzig – GmbH cuja estação foi construída em 1920 eampliada em 1970, possuía 03 (três) bombas parafuso tipo Arquimedes, conforme dados abaixo:

comprimento do parafuso:9,35 a 10,35 m.altura do recalque: 5,0 mvazão do projeto: 5.760 m³/hvazão real: 4.800 m³/h

O projeto de adequação foi desenvolvido e executado com custo civil reduzido, pois se utilizou o próprio canalda bomba parafuso para apoio da tubulação de recalque das novas bombas submersíveis.

As 03 bombas foram trocadas por submersível pela empresa FLYGT tipo CP 3500 (55 kW) com vazão de2.880 m³/h (figura 2)

Outro exemplo ocorreu em Pinedo – Espanha, na Estação de Tratamento de Esgotos, uma das mais completasdo país, de Administração particular da EMARSA – Empresa Metropolitana de Águas Residuais S. A. noperíodo de 1989 – 1992, foi requerida a construção de uma obra paralela de tratamento maior que a original.Possuía em suas instalações 03 (três) bombas Parafusos tipo Archimedes, conforme dados abaixo:comprimento do parafuso:15,9 m.altura do recalque: 5,32 mdiâmetro 2,4 mmotor 160 Kwvazão do projeto: 1,24 m³/svazão real: 0,823 m³/s

Foram reutilizados os tubos ocos das Bombas parafuso tipo Archimedes instaladas como tubulação de recalquepara as novas bombas submersíveis tipo FLYGT CP 3601 com motor de 140 kW.

VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS DA BOMBA SUBMERSÍVEL

A seguir apresentamos as vantagens da substituição de bombas parafuso por bombas submersíveis, comoproposta no caso experimental para a Estação Elevatória de Esgotos Retiro em São Paulo, a utilização de 03conjuntos moto-bomba Flygt, CP 3300 LT, curva 63-814, com uma bomba instalada em lugar de cada uma dastrês bombas parafuso existentes, resultando numa vazão total de 750 l/s. As bombas descerão ao ponto deconexão através de tubo guia de descarga sem qualquer sistema de fixação (figura 3)



figura 2 – instalação de bomba submersível através de guias

• O sistema parafuso do tipo Archimedes apresenta rendimento (total e hidráulicos) na ordem de 20% ou àsvezes menor, quando comparado com bomba submersível com rendimento total de 62% e rendimentohidráulico, no ponto de operação real de 71%.

• Com garantia de vazão próximo ao especificado, com erro máximo de 5% para bombas submersíveis e deerro máximo de 35% no caso de bombas parafuso tipo Archimedes.

• Inexistência de Mancais externos, com graxa especial para alta temperatura;• Sem necessidade de alinhamento o sistema moto-bomba é de eixo único;• Sem necessidade de lubrificação à parte;• Facilidade de manutenção e remoção, reduzindo o tempo de parada, no caso de troca por uma bomba

reserva em espera;• Potência elétrica instalada total de 03 bombas 77 Kw, com conseqüente economia, que satisfaz o atual

recalque que se utiliza de 03 bombas tipo Archimedes com potência total instalada de 95HP.

Dados sobre o funcionamento atual:Tomando por referência uma bomba G.02 tipo Archimedes instalada:

Corrente nom. 220AVazão 200 l/s – 720 m³/hTensão 440VCos � 0,9Potência absorvida: �3 x 440 x 220 x 0,9 = 150,9 kWCom o custo de 18,80 Cr$/kWh, o custo da energia por hora de funcionamento é de Cr$ 2.836,92, ou US$10,19 (DEZ 93).

Em 01 hora temos vazão de 720 m³, sendo assim, o custo por m³ bombeado é de: 3,94 Cr$/ m³ ou US$ 0,014/m³ (DEZ 93).

Dados sobre a Bomba Flygt Proposta de Substituição:

Vazão 225 l/s = 810 m³/hTensão 440VCos � 0,9Potência absorvida: 25,69 kW

O custo de Energia por hora de funcionamento é de Cr$ 482,97 ou US$ 1,73 (DEZ 93).

Em 01 hora bombeia 810 m³ - custo por m³ bombeado é: 0,59 Cr$/ m³ ou US$ 0,0021/ m³ (DEZ 93).

Representa economia de 84,86% em energia.O custo Cr$/ m³ recalcado de esgoto pelo atual sistema de bomba parafuso é de Cr$3,94/ m³ ou US$0,014/m³ e aplicando-se a troca da bomba para submersível, o custo passa a ser Cr$0,59/ m³ ou US$0,0021/m³ comrepresentatividade de 84,86% de economia de energia para e empresa.



PROPOSTA

Conjunto Moto-Bomba Submersível:

Fabricante (referência) Flygt tipo LTModelo CP 3300 – curva 63-814Motor com tensão 440V – TrifásicoFreqüência 60 HzVazão 250 litros/ segundoAltura Manométrica 6,5 mcaRendimento Total 62%Rendimento Hidráulico 71%

Acessórios:• Cotovelo 90° graus em ferro fundido, preparado para ser fixado ao fundo da elevatória, que permite o

acoplamento automático entre bomba e tubulação de descarga, com pintura especial em epoxy, diâmetro350 mm.

• Tubo guia em aço inoxidável (AISI 304/316) diâmetro 3” e suporte dos tubos guia.• Corrente galvanizada de ½” para içamento da moto bomba.• Cabo elétrico de força para comprimento máximo de 35m, bitola 4 x 10 mm², 440 V.• Cabo elétrico de comando, bitola 2 x 1,5 mm².• Quadro de comando automático, manual, manutenção para 03 (três) conjuntos moto-bombas, com partida

auto-compensada em 440V, automatização por chave de bóia construído de acordo com a EspecificaçãoTécnica Sabesp.

A tubulação de descarga do proposto (diâmetro) 500mm terá o encaminhamento utilizando-se do “Berço” daBomba Parafuso (figura 3)Outra possibilidade a ser verificada é a utilização do eixo da Bomba Parafuso como própria tubulação dedescarga, este deverá ser objeto de estudo



QTDE DESCRIÇÃO PREÇO UNITÁRIO PREÇO TOTAL

03 Bomba CP 3300 LT 63-814 2.952.213,00 8.856.639,0003 Conexão de Descarga 145.185,00 435.555,0018 Tubo guia inox 3” 17.346,00 312.228,0003 Suporte dos tubos guia 16.622,00 49.866,0030 Corrente galvanizada 2.517,00 75.810,00165 Cabo elétrico principal 9.375,00 1.546.875,00165 Cabo elétrico auxiliar 459,00 75.375,00

01 Quadro de Comando 1.888.798,00 1.888.798,00

TOTAL: CR$ 13.241.506,00 ou US$ 47.583,39tabela 1 – custo estimativo em 12/12/93

Amortização do investimento em equipamentos:Consumo mensal de Energia com as bombas tipo Archimedes: Consumo e Demanda – Cr$ 280.460,00 ou US$1.007,80.Economia mensal de Energia: consumo e demanda – Cr$ 179.407,00 ou US$ 644,69.Investimento: Cr$ 13.241.506,00 ou US$ 47.583,39.Amortização do investimento: 74 meses ou 6 anos.

figura 3 – desenho esquemático de montagem

CONCLUSÕES

Com esta apresentação pretendemos elucidar as diversas dificuldades operacionais e de manutenção com autilização de bomba parafuso Archimedes e a sua substituição por outra tipo submersível, porém cabe aoprofissional da área analisar especificamente em suas instalações ponderando o investimento, a redução decustos, segurança operacional e confiabilidade das instalações.Esperamos desta forma ter contribuído com uma parcela técnica de cooperação às comunidades de manutençãoe operação.



AGRADECIMENTOS

MC José Luiz Salvadori LorenziAE Geraldo Julião dos SantosAEL Márcio Fernandes

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Catálogo FMC/FILSAN 05/752. ITT Fluid Technology Corporation3. Flygt do Brasil S/A/Eng. Alexandre Corrêa de Godoy4. IMPELLER Nuevo Buletin de Noticias del Grupo ITT Junio/1993

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