BOMBAS
INDUSTRIAIS
Escoamento de Fluidos e Máquinas de
Fluxo
UM POUCO DE HISTÓRIA
Arquimedes: Matemático grego,
viveu entre 298 AC e 212 AC.
Considerado o maior matemático dos
tempos antigos. Inventou a catapulta e
também a bomba mostrada na figura ao
lado, quando estava no Egito.
Arquimedes fez contribuições originais
à geometria, no cálculo das áreas de
figuras planas, e no cálculo das áreas e
volumes de superfícies curvas. Ele fez
uma aproximação para o número Pi,
entre 310/71 e 31/7. Na Mecânica
Teórica Arquimedes é responsável por
teoremas fundamentais sobre o centro
de gravidade de corpos. Tornou-se
famoso também por ter ununciado o
Princípio de Arquimedes.
Bomba de Arquimedes
(bomba de parafuso)
BOMBA DE ARQUIMEDES
OU BOMBA PARAFUSO
Ainda hoje utilizada na indústria moderna
4.1. INTRODUÇÃO
MÁQUINAS HIDRÁULICAS
As máquinas hidráulicas podem ser de duas classes:
Máquinas Motrizes: são aquelas que retiram a energia do líquido
transferindo-a para o exterior (ex.: turbinas);
Máquinas Operatrizes: são aquelas que introduzem, na corrente líquida,
a energia que recebem do exterior:
São as Bombas
-WB< 0 : Máquinas Motrizes
v22 v12
 

 z2  z1   WB  hL
-WB> 0 : Máquinas Operatrizes
  2g 2g
P2
P1
BOMBAS HIDRÁLICAS
DEFINIÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E
CARACTERÍSTICA GERAL
DEFINIÇÃO: São máquinas operatrizes hidráulicas que conferem
energia ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a
outro.
Bombas recebem energia de uma fonte motora qualquer e cedem parte
dessa energia ao fluido na forma de energia de pressão (aumentam a
pressão do líquido), cinética (aumentam a velocidade do líquido) ou
ambas.
BOMBEAR: ação de adicionar energia a um líquido para movê-lo de
um ponto a outro.
CLASSIFICAÇÃO
As bombas podem ser classificadas:
• pela sua aplicação; ou
• pela forma com que a energia é cedida ao fluido.
Devido a grande diversidade das bombas existentes, adotaremos
uma classificação resumida, dividindo-as em dois grandes grupos:
A. Bombas Centrífugas ou Turbo-Bombas, também conhecidas
como Bombas Hidro ou Rotodinâmicas;
B. Bombas Volumétricas, também conhecidas como de Bombas
Deslocamento Positivo.
CLASSIFICAÇÃO
Bombas Centrífugas
rotor aberto
sucção simples rotor semi-fechado
- de fluxo radial
rotor fechado
(centrífugas)
sucção dupla
- de fluxo axial
- de fluxo misto
Bombas de Deslocamento
Positivo
pistão
- alternativas êmbolo
diafragma
- rotativas
engrenagem
lóbulo
parafuso
peristáltica
TURBO-BOMBAS
Este tipo de bomba tem por princípio de
funcionamento a transferência de energia mecânica
para o fluido, por meio de um rotor, também
chamado de impelidor, que gira no interior de uma
carcaça.
Descarga
Carcaça
Eixo
Rotor
Alimentação
TURBO-BOMBAS
No início da operação, é necessário que a carcaça e a linha de
sucção estejam cheias de água para que as turbo-bombas
operarem adequadamente.
ESCORVA: Ato de
encher a carcaça de
turbo-bombas com
líquido.
CLASSIFICAÇÃO DAS TURBO-BOMBAS
Conforme as posições relativas do movimento geral do líquido e
do eixo de rotação do rotor, pode-se distinguir três tipos
fundamentais de turbo-bombas:
A. Centrífugas puras ou radiais: toda a energia cinética é obtida através do
desenvolvimento de forças puramente centrífugas na massa líquida. A
movimentação do fluido dá-se do centro para a periferia do rotor, no sentido
perpendicular ao eixo de rotação;
Obs.: São empregadas quando se deseja fornecer uma carga elevada ao fluido e
as vazões são relativamente baixas.
B. Fluxo Axial (helicoidais): Toda energia cinética é transferida à massa líquida
por forças puramente de arrasto. O movimento do fluido ocorre paralelo ao eixo
de rotação;
Obs.: São empregadas quando se deseja vazão elevada e as cargas a serem
fornecidas ao fluido são pequenas.
C. Fluxo Misto (hélico-centrífugas): Parte da energia é fornecida devido à força
centrífuga e parte devido ao arrasto. O movimento do fluído ocorre na direção
inclinada (diagonal) ao eixo de rotação (entre 90o e 180o);
Relação força e ângulo de fluxo na bomba
FC - Energia fornecida devido à força centrífuga;
FA - Energia fornecida devido à força de arrasto.
FC

Entrada
FA
CLASSIFICAÇÃO DAS TURBO-BOMBAS
Exemplos de rotores utilizados em cada classe
A. CENTRÍFUGAS PURAS OU RADIAIS
Perfil de Pressão
Corte da bomba
Usada para vencer grandes cargas
manométricas.
Pode
bombear
suspensão ou líquidos corrosivos.
B. CENTRÍFUGAS DE FLUXO MISTO
(HÉLICO-CENTRÍFUGAS)
Usada para
moderadas.
vazões
e
cargas
manométricas
C. CENTRÍFUGAS DE FLUXO AXIAL
(HELICOIDAIS)
Usada para grandes vazões e
baixas cargas manométricas.
BOMBAS VOLUMÉTRICAS OU DE
DESLOCAMENTO POSITIVO
O líquido sucessivamente enche e depois é expulso de espaços com
volume determinado no interior da bomba, por isso são chamadas de
BOMBAS VOLUMÉTRICAS.
Bombas de
Este tipo de máquina tem por
característica de funcionamento a Deslocamento Positivo
transferência direta da energia
pistão
mecânica cedida pela fonte motora
êmbolo
alternativas
para o fluido. Esta transferência é
diafragma
obtida pela movimentação de um
dispositivo mecânico da bomba, que
engrenagem
obriga o fluido a executar o mesmo
lóbulo
movimento do qual ele está animado.
- rotativas
parafuso
peristáltica
BOMBAS DE PISTÃO
Princípio de Funcionamento:
a) No curso da aspiração (3), o movimento do pistão tende a produzir vácuo. A
pressão do líquido no lado da aspiração (maior que a pressão interna) faz com
que a válvula de descarga (2) se feche e que a de admissão (1) se abra e o
cilindro encha de líquido;
b) No curso de recalque (4), o pistão força o líquido a sair do cilindro,
através da válvula de recalque (2), enquanto que a válvula de admissão (1)
permanece fechada devido à diferença de pressão.
BOMBAS DE ÊMBOLO OU ALTERNATIVAS
São recomendadas para serviços de pressões mais elevadas quando
comparadas aquelas recomendadas para a bomba de pistão.
Conseqüentemente exige que o órgão de movimentação do líquido
seja mais resistente.
Bomba de êmbolo ou alternativa
Bomba de duplo êmbolo
BOMBAS DE DIAFRAGMA
Nessas bombas, o órgão que fornece a energia para o líquido é uma
membrana acionada por uma haste com movimento alternativo. Essas
bombas são usadas principalmente para serviços de dosagem de produtos,
já que, ao ser variado o curso da haste, varia-se o volume admitido.
Ex.: Bomba de gasolina
BOMBAS ROTATIVAS
Bomba rotativa é um nome genérico para designar uma variedade de
bombas comandadas por um movimento de rotação.
Um dos tipos mais comuns desse tipo de bomba é a bomba de
engrenagem, que consiste em duas rodas dentadas
trabalhando dentro de uma caixa com folgas muito pequenas
em volta e dos lados das rodas.
Líquidos corrosivos
Muito usada
recomenda-se
para líquidos
engrenagem de plástico
viscosos, mas
O fluido é empurrado
não serve para
pelos dentes e forçado
suspensões
a sair pela tubulação
Descarte
Sucção
da direita
 const →Q const  P
BOMBAS ROTATIVAS
Bomba de Lóbulos
Bomba de Engrenagem interna
Bomba Peristáltica
Nesta bomba, o líquido não
entra em contato direto
com o equipamento,
indicada para fluidos
biológicos.
BOMBAS ROTATIVAS
Bombas rotativas:
Bomba de lóbulos
Bomba de engrenagem
BOMBAS ROTATIVAS
Bombas rotativas:
Bomba de engrenagem interna
Bomba peristáltica
BOMBA DE ARQUIMEDES
OU BOMBA PARAFUSO
Essas bombas são muito utilizadas para o transporte de produtos
de viscosidade elevada.
Mono Pump
Um sem-fim metálico helicoidal, de configuração especial, gira
dentro de uma peça fixa feita de borracha, forçando o líquido através
do espaço entre a peça e o sem-fim.
Bomba de cavidade progressiva (Mono Pump)
COMPARAÇÃO ENTRE BOMBAS
VOLUMÉTRICAS E TURBO-BOMBAS
Bombas Volumétricas
• Relação constante entre descarga e
velocidade da bomba, de modo que a
vazão, Q, bombeada independe da
altura e/ou pressão a serem vencidas.
Turbo-Bombas
• A vazão, Q, bombeada depende das
características do projeto da bomba, da
rotação e das características do sistema
em que ela está operando.
• A energia é cedida ao líquido sob a • A energia é cedida ao líquido sob a
forma de energia de pressão.
forma de energia cinética e de pressão.
• Podem iniciar sua operação com • Devem iniciar sua operação com a
presença de ar no seu interior .
bomba cheia de líquido.
• Algumas produzem vazão constante e • Produzem vazão constante.
outras vazão variável (pulsante).
Gráfico para a escolha do tipo de bomba (Fairbanks, Morse & Co.)
BOMBAS
CENTRÍFUGAS
BOMBAS CENTRÍFUGAS
Possui elementos rotativos (impelidores) cujo formato confere
alta velocidade na sucção, que se transforma em alta pressão na
descarga e a vazão é dependente da pressão na descarga da bomba.
Características positivas
• construção simples
• baratas
• disponíveis em diversos materiais de construção
• baixo custo de manutenção
• operam a altas velocidades, isto é, podem ser acionadas diretamente por
motores elétricos
Características negativas
• bombas de um estágio não são projetadas para altas pressões
• bombas multiestágio para altas pressões são caras, principalmente em
materiais resistentes a corrosão
• sua eficiência decresce rapidamente para vazões diferentes daquela para a
qual foi projetada
• sua performance não é muito boa para altas viscosidades
Linhas de Fluxo
Partes Fundamentais
Flange de Descarte
Flange de Sucção
Linha de corrente
Linha de corrente
Impelidor
Bomba Centrífuga
Impelidor
Corte de bomba mostrando a linha de corrente de líquido
DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS
COMPONENTES
Visão Geral dos Principais componentes
Impelidor ou Rotor
O ROTOR pode ser de um dos seguintes tipos:
fechado, semi-fechado ou aberto
Aberto
Semi-fechado ou
Semi-aberto
Fechado
O rotor fechado é usado sempre que possível, devido à sua maior eficiência
quando comparado aos demais. Porém, na presença de sólidos finos em
suspensão, em porcentagem maior de 3 a 5%, é usual a utilização do rotor
semi-fechado, devido a sua menor tendência a entupimento. O rotor aberto
é utilizado no bombeamento de esgotos, efluentes e de água com areia ou
pedregulho em suspensão (as chamadas bombas de dragagem).
Movimento do rotor
O que aconteceria se alterássemos o movimento do rotor?
Ainda quanto a construção ...
• Impelidor de simples sucção; e
• Impelidor de dupla sucção
O impelidor de simples sucção, succiona por apenas um dos lados do
impelidor:
O impelidor de dupla sucção, succiona por ambos os lados do impelidor, ou
seja é praticamente a junção de dois impelidores de simples sucção voltados
costa com costa:
Esforço axial
As pressões geradas pelas bombas centrífugas exercem forças, tanto nas
partes móveis quanto nas partes estacionárias. O projeto dessas partes
balanceia algumas destas forças. O ESFORÇO AXIAL HIDRÁULICO é o
somatório das forças não balanceadas agindo na direção axial do impelidor.
dupla sucção → distribuição simétrica de pressão → forças axiais de um lado
são contrabalançadas pelas do outro.
O empuxo resultante de
pequenos
desvios
é
absorvido pelo mancal
de escora.
simples sucção → distribuição assimétrica de pressão → empuxo axial
resultante na direção da sucção.
Bomba pequena: o empuxo é
absorvido
pelo
mancal.
Demais Bombas: atenuado
por furos de balanceamento
ou pás na parte posterior do
impelidor.
Selecionamento do tipo de rotor:
LIQUIDO
Água ou líquido
límpido não
corrosivo, fria ou
a temperatura
moderada
Água acima de
250 F
Hidrocarbonetos
Suavemente
ácido ou alcalino
BOMBA
simples ou dupla
sucção
IMPELIDOR
fechado, exceto
para muito
pequenas
capacidades
Simples ou dupla
sucção.
Usualmente
alimentação de
caldeira e altas
pressões requerem
bombas multi
estágio
Simples sucção,
frequentemente
chamadas bombas
de refinaria
Corrosivos
Simples ou dupla
sucção
Fechado, exceto
para pequenas
capacidades
fechado com
maior entrada
Fechado, exceto
para baixas
capacidades
idem
Fortemente ácido Simples ou dupla
ou alcalino
sucção
Quentes e
Simples sucção
Idem
corrosivos
Água com sólidos em suspensão
Finos e abrasivos Simples sucção
Rotor aberto
Finalmente,
quanto ao número de impelidores:
Bombas de simples estágio
Bombas de múltiplos estágios.
Bombas de múltiplos estágios são empregadas quando se deseja vencer
grandes alturas manométricas (H > 1000 m).
Bombas centrífugas verticais
Faixas de operação de alguns tipos mais usuais de
bombas centrífugas
Neste momento, as bombas serão analisadas quando ao tipo e o número de impelidores.
Tipo de bomba
Vazão
(m3/h)
Carga
(m de água)
Aplicações
horizontais, sucção
axial:
1000
200/220
serviços gerais
horizontais, dupla
sucção radial:
1300 voluta simples
130/150
1500 voluta dupla
horizontais,
múltiplos estágio:
600
1000/1200
vertical, múltiplos
estágio:
30000
400
vertical, simples
estágio:
30000
400
abastecimento de água;
recirculação de água de
resfriamento.
alimentação de caldeiras;
Serviços de alta pressão.
extração de água de poços
profundos.
Esgotamento de tanques
abertos, condições de baixo
NPSH disponível
Carcaça
A carcaça é o componente responsável pela contenção do fluido bombeado
bem como, sob certo aspecto, provê as condições para a conversão de
energia cinética do fluido em energia de pressão, passo fundamental ao
bombeamento.
Tipos de Carcaça:
A área crescente nos 360o da
a) Carcaça em voluta: são as mais utilizadas voluta objetiva a coleta e
para bombas de simples estágio devido a sua acomodação da crescente
boa eficiência, baixo custo e simplicidade quantidade de líquido, posto
que na seção A, por exemplo,
mecânica.
precisamos acomodar o fluido
coletado anteriormente e o
fluido que estará saindo da
periferia do impelidor nesta
À medida que nos
seção.
afastamos da vazão A
de projeto, aparece
Velocidade e Pressão constante
um desequilíbrio de
ao longo da voluta garantindo o
pressões que gera o
equilíbrio de forças radiais no
empuxo radial.
entorno da voluta.
Princípio de Funcionamento
As pás do impelidor imprimem um movimento de rotação no líquido que faz
com que o mesmo se desloque em direção à periferia do impelidor. Este
movimento do impelidor gera um gradiente de pressão radial no interior da
bomba.
A zona de alta pressão criada na
periferia é responsável pelo
transporte do fluido.
Carcaça (Continuação)
b) Carcaça com pás difusoras: São as preferidas para bombas de
multiestágio. Possuem eficiência ligeiramente superior, mas são mais caras
e de mecânica mais complexa.
O fluido, ao sair do impelidor, penetra em um canal de seção crescente
formado por pás difusoras fixas à carcaça, processando-se, assim, a
conversão necessária de energia cinética em energia de pressão.
Devido a simetria de construção
da carcaça com pás difusoras, o
empuxo radial é considerado
desprezível.
Carcaça (continuação)
c) Carcaça concêntrica: A carcaça concêntrica apresenta formato circular.
Apesar de seu baixo custo de fabricação, tem aplicação reduzida em virtude
de possibilitarem menor eficiência que as carcaças em voluta.
d) Carcaça em dupla voluta: Eventualmente, em bombas de grande porte,
particularmente no que concerne à vazão, utiliza-se, como artifício para
atenuar o empuxo radial. Este projeto consiste da simulação de duas
volutas simples, defasadas de 180o mediante um chincana intermediária.
Neste caso, parte do líquido flui pelo canal interno e parte pelo canal
externo numa tentativa de balanceamento do empuxo radial.
e) Carcaça mista: Eventualmente, podem ser encontradas bombas que
usam uma combinação de pás difusoras e voluta.
Eixo e Luva de Eixo
A função básica do eixo é transmitir o torque na partida e durante a
operação da bomba, assim como suportar o impelidor e outras partes
rotativas. As luvas de eixo têm por função proteger o eixo de erosão,
corrosão ou desgaste.
Eixo e luva de eixo
Detalhe da luva de eixo
Caixa de Gaxetas
É uma das partes mais importantes da bomba centrífuga. Seu principal
objetivo é proteger a bomba contra vazamentos nos pontos onde o eixo
passa através da carcaça.
Se sua pressão for menor que a atmosférica (bombas operando com altura
manométrica de sucção negativa), sua função é impedir a entrada de ar e, caso
contrário, impedir a saída de líquido.
Tem a forma de uma caixa cilíndrica que
acomoda um certo número de anéis de
gaxeta em volta do eixo ou da luva de
eixo, comprimidos para o ajuste
desejado por uma peça denominada
sobreposta. Este ajuste deve ser tal que
haja um mínimo de vazamento da ordem
de 30 a 60 gotas por minuto para
possibilitar a lubrificação e auxiliar o
arrefecimento das gaxetas.
Selos Mecânicos
Nos casos cujas as pressões envolvidas são muito elevadas e o vazamento
deve ser mínimo, a caixa de gaxetas não apresenta eficiência de vedação
satisfatória. Nestes casos, sugere-se a utilização de selos mecânicos.
Princípio dos selos mecânicos: As superfícies de selagem são localizadas em
um plano perpendicular ao eixo e usualmente consiste de duas superfícies
adjacentes altamente polidas; uma superfície ligada ao eixo e a outra à parte
estacionária da bomba. Estas superfícies altamente polidas são mantidas em
contato contínuo por molas formando um selo fluido entre as partes com perdas
por atrito negligenciáveis.
Naturalmente, algum desgaste
sempre ocorre e, com o tempo,
um pequeno vazamento pode
aparecer.
Mancais
Os mancais têm por função manter o correto alinhamento do conjunto
rotativo em relação às partes estacionárias, sob a ação de cargas radiais e
axiais.
Mancais de Rolamentos:
a) Mancais de esferas: São os mais usados
para para bombas de grande porte.
b) Mancais de rolos: São usados para
diâmetros muito grande de eixo e
suportam apenas esforços radiais.
Mancais de Deslizamento: são mais baratos e portanto indicados para
bombas pequenas operando com líquidos limpos. São utilizados também quando
os mancais de rolamento não são comumente disponíveis (bombas de alta
pressão e de multiestágios). Finalmente, outra aplicação é para bombas verticais
submersas nas quais o mancal é sujeito ao contato com a água.
PARÂMETROS IMPORTANTES
DE DESEMPENHO
Os parâmetros chave de desempenho de bombas centrífugas são:
1. Capacidade
2. Carga
3. Potência da bomba
4. Ponto de melhor eficiência
5. Velocidade específica
Capacidade (Q)
É a vazão volumétrica com que o líquido é movido ou é empurrado pela bomba
ao ponto desejado no processo [L3 T-1]. A capacidade normalmente muda com
as mudanças na operação do processo.
A capacidade depende de vários fatores como:
 Características do líquido de processo, isto é, densidade, viscosidade, etc.
 Tamanho da bomba e de suas seções de entrada e de saída
 Tamanho do impelidor
 Velocidade de rotação do impelidor RPM
 Tamanho e forma das cavidades entre as palhetas
 Condições de temperatura e pressão da sucção e descarga
Carga da Bomba (H)
É a quantidade de energia mecânica específica (potência útil por unidade
de peso do fluido em escoamento) que a bomba transfere ao fluido de
trabalho.
Carga é uma medida da altura de uma coluna líquida que a bomba seria
capaz de elevar (HEAD).
Curva característica
típica de uma bomba
centrífuga
Curva Característica da Bomba
Curva de
Eficiência
Curva de
Potência
Vazão Volumétrica, Q
Potência - CV
Carga da Bomba, H
Eficiência %
Curva
Característica
Fatores que modificam as curvas características
Os principais fatores são:
 efeito da mudança da rotação nas curvas características.
 efeito da mudança de diâmetro do impelidor nas curvas características.
 efeito da natureza do líquido nas curvas características.
 efeito de alterações na geometria do impelidor nas curvas características.
 efeito do tempo de serviço nas curvas características.
Este é um problema clássico de análise dimensional e semelhança física, pois
queremos determinar a influência das variáveis N (Ratação), D (diâmetro externo
do impelidor),  (massa específica do fluido) e  (viscosidade do fluido) nas
características de desempenho: Q (vazão), H (carga) e Pot (potência).
CARGA REQUERIDA PELO SISTEMA
Quando se deseja selecionar uma bomba para efetuar determinado serviço,
aplica-se a Equação de Bernoulli e calcula-se a carga requerida para a vazão de
fluido que se deseja passar pelo sistema.
2
1
P v 2

 Z   WB  h L
g 2g
Função de Re
P
 WB 
 Z  hL
g
hL 
8
 2g
fL
Q2
D5
Aplicando-se a equação acima para diferentes condições de vazão, obtêm-se
a curva do sistema. Esta curva fornece a carga requerida para se fazer passar
dada vazão pelo sistema.
Fatores que modificam a curva do sistema
Função de Re
P
8
Q2
 WB 
 Z 
fL
g
 2g
D5
Os principais fatores são:
 natureza do líquido bombeado;
 temperatura do líquido bombeado;
 influência do nível de líquido – alturas estáticas de sucção e descarga;
 pressões dos reservatórios de sucção e descarga;
 características das tubulações e acessórios das linhas de sucção e
descarga.
As demais alterações possíveis no sistema não são encaradas como fator de controle
de vazão, como por exemplo: mudança de diâmetro das linhas; mudança na
elevação do reservatório de sucção ou descarga; inclusão ou exclusão de acessórios
na linha; modificação de lay-out das linhas. Para estas situações, a recomendação
seria tratar o problema como um novo projeto.
CARGA DA BOMBA x CURVA CARACTERÍSTICA
Cargas da Bomba, H, e Requerida, WB
Plotando-se, em um mesmo gráfico, a Curva Característica da Bomba e a Curva
do Sistema obtém-se, na intersecção, o ponto de trabalho que informa a vazão
com que o sistema irá operar quando a ele for conectado aquela bomba.
Ponto de Operação: H=WB
Ponto de Vazão Nula
WB
Curva Característica da Bomba
H
Altura manométrica
de trabalho
Potconsumida 
Curva do Sistema
Vazão de trabalho
Vazão Volumétrica, Q
 g QH

PERDAS E RENDIMENTOS EM UMA BOMBA CENTRÍFUGA
O esquema abaixo ilustra o processo de transferência de energia para o
fluido de trabalho, em uma bomba:
potência dissipada em perdas viscosas
no interior da bomba: perdas hidráulicas
ordinárias, perdas por choque, etc.
potência disponibilizada
pelo motor (elétrico, comb.
interna, etc)
potência dissipada em
perdas volumétricas
potência útil (efetivamente
transferida ao fluido de trabalho)
Bomba
potência dissipada em perdas mecânicas:
atrito em mancais, gaxetas, selos de vedação,
etc.
Potútil  m gH  gQH  [ watts ],
Processo de transferência
de energia para um fluido
de trabalho


se g  9,81 m/ s ,   kg/ m , Q 
2
3
m /s , H  m
3
Em [HP]
Potútil 
gQH
745
 HP ,


se g  9,81 m/ s ,   kg/ m , Q 
2
3
m /s , H  m
3
ALTERAÇÕES DO PONTO DE
TRABALHO
Para alterar-se o ponto de trabalho, basta modificar-se a curva do
sistema ou a curva característica da bomba.
A curva do sistema pode ser alterada por:
• fechamento parcial de uma válvula;
• alteração nas pressões dos reservatórios;
• mudança do diâmetro das linhas;
• alteração nas cotas dos níveis de líquido nos reservatórios; ou
• mudança no traçado das linhas.
P v 2

 Z  WB  hL
g 2 g
onde:
f Le v 2
hL 
2 gD
CAVITAÇÃO (Conceituação Clássica)
Se a pressão em qualquer ponto de um sistema de bombeamento de um
líquido cair abaixo de sua pressão de vapor, na temperatura de bombeamento,
parte deste liquido se vaporizará.
Estas bolhas de vapor formadas, ao atingirem regiões de maior pressão,
sofrerão um colapso repentino, retornando à fase líquida. Este colapso
repentino provoca o aparecimento de ondas de choque, gerando o fenômeno
conhecido como:
CAVITAÇÃO
O que acarreta o fenômeno de Cavitação?
• Como a pressão de saída da bomba é, em geral, maior que a pressão
atmosférica, podemos afirmar que haverá a condensação do fluido que
foi convertido para vapor em sua entrada. Portanto, teremos um aumento
na energia dissipada e, como potência é energia por unidade de tempo,
haverá um aumento na potência dissipada, o que irá provocar uma
DIMINUIÇÃO DO RENDIMENTO DA BOMBA!!
•Poderemos ter, ainda, uma diminuição do tempo vida da máquina, isto
devido a eventual EROSÃO dos materiais que constituem a bomba.
• Surgem também BARULHO E VIBRAÇÕES INDESEJÁVEIS!!
Locais mais prováveis de ocorrer de Cavitação
A probabilidade de ocorrer CAVITAÇÃO é maior nos locais onde há
um aumento de velocidade do líquido, uma vez que isto acarreta uma
diminuição da pressão local.
• Restrições de área;
• Turbinas;
• Agitadores mecânicos;
• Hélices de embarcações;
• etc;
Em bombas centrífugas, a cavitação normalmente ocorre na entrada (olho) do
impelidor, porque, neste ponto, o fluido possui energia mínima, já o mesmo
não recebeu ainda energia do impelidor e está com sua energia reduzida devido
à perda de carga na linha de sucção e na entrada da bomba.
Evitando a Cavitação na Entrada de Bombas
A
e
Ze = 0
Pe  PA ve2  v A2

 Z e  Z A  WB  hL
g
2g

 v2
2
f
L
v
e
Pe  PA 
  gZ A   ghL e hL 
2 gD
2
Necessariamente: Pe > Pvapor logo, poderemos evitar a cavitação se trabalharmos
com o maior Pe possível. Para isso:
1. Diminuir a perda de carga antes da bomba:
• aumentar o diâmetro de sucção (afeta também f e v);
• diminuir o comprimento equivalente da tubulação antes da bomba (por
exemplo, melhorar o traçado, reduzindo os acidentes acidentes);
• diminuir a vazão (nem sempre possível, por razões de processo);
• aumentar a pressão no tanque.
2. Aumentar o nível de líquido no tanque.
NPSH - APLS
NPSH (Net Positive Suction Head) ou APLS (Altura Positiva Líquida de Sucção)
NPSHrequerido
É a quantidade mínima de energia que deve existir no flange de
sucção da bomba, acima da pressão de vapor, para que não ocorra
cavitação.
(fornecido pelo fabricante)
NPSHdisponível
É a energia disponível no flange de sucção de uma bomba
instalada em um dado sistema, acima da pressão de vapor do
líquido bombeado.
(calculado pelo projetista )
CONDIÇÃO PARA QUE NÃO OCORRA CAVITAÇÃO:
NPSHdisponível > NPSHrequerido
Na prática, faz-se: NPSHdisponível  NPSHrequerido + 0,61 m
É necessário bombear um líquido com propriedades
semelhantes a da água, a uma vazão de 275 gal/min contra
uma altura manométrica de 72 ft. Especificar a bomba:
Modelo da Bomba : 3 x 4 -10
O 10 n0 é o diâmetro da linha de sucção: 3 in
O 20 n0 é o diâmetro da linha de descarga: 4 in
O 30 n0 é o diâmetro máximo do rotor: 10 in
Diâmetro do rotor lido na curva característica da bomba:9 in
Eficiência: 66 %
NPSH r = 4,7 ft
Potência: 7 ½ HP
Necessita de uma bomba para operar nas seguintes condições :
No almoxarifado tem uma bomba sem uso com uma placa com as seguintes
indicações :
A bomba do almoxarifado poderá ser usada nas condições exigidas na operação?
Necessita de uma bomba para operar nas seguintes condições :
No almoxarifado tem uma bomba sem uso com uma placa com as seguintes
indicações :
Na curva característica para 300 gal/min e 70 ft, a bomba precisaria de um rotor
de diâmetro de 9 in, um motor de 10 HP e um NPSH r = 5 ft
Seriam necessários um novo rotor e motor
ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS
ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE: objetiva um aumento da carga manométrica.
Essa solução, normalmente, só é utilizada quando o valor da altura
manométrica ultrapassa os valores alcançados pelas bombas multiestágio.
Neste caso, a descarga da bomba é conectada à sucção da seguinte de modo
que a vazão será a mesma em todas as bombas, enquanto que a pressão de
descarga desenvolvida será a soma de cada uma das unidades (na associação
e não sozinhas).
Devemos notar que a carcaça e o flange de sucção de cada estágio deve ser
suficientemente resistente para suportar a pressão desenvolvida.
ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS
ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE: objetiva um aumento da carga manométrica.
Essa solução, normalmente, só é utilizada quando o valor da altura
manométrica ultrapassa os valores alcançados pelas bombas multiestágio.
Neste caso, a descarga da bomba é conectada à sucção da seguinte de modo
que a vazão será a mesma em todas as bombas, enquanto que a pressão de
descarga desenvolvida será a soma de cada uma das unidades (na associação
e não sozinhas).
Devemos notar que a carcaça e o flange de sucção de cada estágio deve ser
suficientemente resistente para suportar a pressão desenvolvida.
Bombas em Série
A curva característica da associação é obtida pela soma das cargas
correspondentes para os mesmos valores de vazão.
Curva do
sistema
H
H2,1H
H1,1H2,2 H2,3
1,2 H
1,3
HT
2
Pares ordenados da curva
característica da associação:
Vazão
Carga
Q1
HT,1= H1,1 + H2,1
Q2
HT,2= H1,2 + H2,2
Q3
HT,3= H1,3 + H2,3
1
Q1
Q2
Q3
Q
Ponto de
Operação da
associação
Bombas em Série
Q
Q
Ponto de Trabalho: (Q,HT)
Ponto de Trabalho: (Q,HT)
Cada bomba irá operar com:
Vazão = Q e H = HT/2
Cada bomba irá operar com:
Bomba 1 : Vazão = Q e H1
Bomba 2 : Vazão = Q e H2
ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS
ASSOCIAÇÃO EM PARALELO: objetiva um aumento da vazão
Utilizada quando a vazão exigida é muito elevada ou quando a mesma pode
variar muito.
Apresenta como vantagem o fato de que, caso ocorra uma falha em uma das
bombas, a vazão seria apenas reduzida, ou melhor, ela não seria zerada.
No caso de grandes variações de vazão, apresenta a flexibilidade de poder-se retirar
uma ou mais bombas de operação, pois, caso se optasse em uma única bomba de
grande porte, quando se necessitasse operar a baixas vazões, isto implicaria em
baixas eficiências.
Associação em Paralelo
A curva característica da ASSOCIAÇÃO EM PARALELO para um dado H é
QT = Q 1 + Q 2
Curva do
sistema
H
H3
H2
H1
Q1,3
2
Q2,3 1
Q1,2 Q2,2
Q1,1 Q2,1
Pares ordenados da curva
característica da associação:
Carga
Vazão
H1
QT,1= Q1,1 + Q2,1
H2
QT,2= Q1,2 + Q2,2
H3
QT,3= Q1,3 + Q2,3
Q
Ponto de
Operação da
associação
Associação em Paralelo
Este procedimento deve ser corrigido para incorporar a perda de carga
introduzida na associação, isto é, entre os pontos de bifurcação do sistema.
Ponto de
operação
caso apenas
uma bomba
opere
Ponto de
operação
caso apenas
uma bomba
opere
ou
Ponto de Trabalho: (QT,H)
Cada bomba irá operar com:
Carga = H e Q1=Q2 = QT/2
Ponto de Trabalho: (QT,H)
Cada bomba irá operar com:
Bomba 1 : Vazão = Q1 e H ,
Bomba 2 : Vazão = Q2 e H
h que pode ser perdido por atrito
h perdido com tubulação de 10 in
h que pode ser perdido por atrito
h que pode ser perdido por atrito
h perdido com tubulação de 10 in