Bombas 1

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Bombas e 
Compressores
Prof. Rodrigo S. Vieira
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Máquinas de fluxo
 São máquinas que aproveitam a energia de um fluido
para transformação em outra forma de energia, ou recebem
energia de uma fonte externa e transmitem ao fluido.
O fluido cede energia à máquina, que transforma esta energia em 
trabalho mecânico. Ex.: turbinas, moinhos de vento, etc
A máquina cede energia ao fluído, resultando um aumento de 
energia do fluído. Ex.: bombas, ventiladores, compressores, etc.
Deslocamento de fluidos
 É usualmente necessário adicionar energia a um fluido para
mantê-lo em escoamento.
Esta energia é adicionada para compensar as perdas por atrito ou
contribuir para aumentar a velocidade, pressão ou cota do fluido.
Bombeamento → deslocamento de líquidos.
Compressão → deslocamento de gases.
O projeto de um sistema de bombeamento ou compressão deve
considerar o correto dimensionamento das bombas ou
compressores.
Bombas
As bombas são equipamentos mecânicos que fornecem 
energia mecânica a um fluido incompressível. 
No caso de fluidos compressíveis são denominados 
compressores e ventiladores.
Finalidade: deslocar líquidos por escoamento.
 O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho
em energia hidráulica e o recurso para cedê-la ao líquido
aumentando sua pressão e ou velocidade permitem
classificar as bombas em:
Bombas Volumétricas
Bombas de Deslocamento Positivo
 Possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior o movimento de um
órgão propulsor comunica energia de pressão ao líquido, provocando o
seu escoamento.
 Uma porção de fluido é presa numa câmara, e pela ação de um 
pistão ou peças rotativas o fluido é impulsionado para fora.
Dividem-se:
 Alternativas (chamadas de sistema de pistão) em que o 
escoamento é intermitente
 Rotativas (escoamento contínuo)
Bombas Alternativas
Princípio de Funcionamento
O órgão que produz o movimento do líquido é um pistão que se 
desloca, com movimento alternativo, dentro de um cilindro.
b
a
c
do
Esquema Típico de Bomba Êmbolo
A partícula de “a” de líquido é
aspirada em “o” segue a trajetória do
pistão “b” e sai com pressão
comunicada pelo êmbolo “d”.
Deslocamento de Líquido
Simples Efeito e Simplex
Figura 1. Funcionamento de uma bomba com pistão
(www.animatedsoftware.com/pumpglos/pumpglos.htm)
Bombas alternativas
Eficiência volumétrica (hv):
volume real deslocado < volume total do cilindro  devido
a vazamentos ou enchimento incompleto do cilindro.
hv > 95% para bombas bem ajustadas.
Eficiência mecânica (hm):
hm < 100%, devido a perdas por atrito mecânico e atrito ao
fluido.
cilindro do totalvolume
deslocado volume
hv
bomba à suprida energia
fluido ao suprida energia
hm
Bombas alternativas
Aplicações:
• bombeamento de água de alimentação de caldeiras, óleos e de 
lamas.
• imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas;
• pequena capacidade (vazão volumétrica);
Vantagens:
• podem operar com líquidos voláteis e muitos viscosos;
• são capazes de produzir pressões muito altas.
Desvantagens:
•capacidade: intervalo limitado;
• opera com baixa velocidade;
• necessita de mais manutenção.
• É um nome genérico para designar uma grande variedade de
bombas, todas elas volumétricas e comandadas por um
movimento de rotação.
Princípio de Funcionamento
Bombas Rotativas
• O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da 
entrada, o que possibilita a admissão do líquido à bomba, 
pelo efeito da pressão externa.
• À medida que o elemento gira, o líquido fica retido entre os 
componentes do rotor e a carcaça da bomba
Classificação
Tipos:
• Engrenagens (para óleos):
 atuada externamente ( as 2 engrenagens giram em sentidos
opostos);
 atuada internamente ( só um rotor motriz );
• rotores lobulares: bastante usada em alimentos;
• parafusos helicoidais: maiores pressões;
• palhetas deslizantes: fluidos pouco viscosos e lubrificantes;
• peristáltica: pequenas vazões, permite transporte asséptico.
Com o movimento das engrenagens, no sentido indicado, o fluido,
aprisionado nos vazios entre o dentes e a carcaça, é empurrado
pelos dentes e forçado a sair pela tubulação da direita. Novos
espaços formam-se do lado esquerdo, sendo preenchido pelo
fluido, e assim sucessivamente.
Figura 12: Esquema de uma 
bomba de dois lóbulos
(http://www.em.pucrs.br/lsfm/alunos/
luc_gab/bombas1.html#G )
Figura 13: Funcionamento de uma 
bomba de três lóbulos
(http://www.animatedsoftware.com/pumpglos/
pistpump.htm)
Compostas por dois parafusos que tem movimentos sincronizados
através de engrenagens. O fluido é admitido pelas extremidades e,
devido ao movimento de rotação e aos filetes dos parafusos é
empurrado para a parte central onde é descarregado.
Bombas rotativas
Características:
• a vazão do fluido é função do tamanho da bomba e da
velocidade de rotação, só ligeiramente dependente da
pressão de descarga;
• fornecem vazões quase constantes;
• são eficientes para fluidos viscosos, graxas, melados e
tintas;
• operam em faixas moderadas de pressão;
• têm capacidade pequena e média;
• são utilizadas para medir "volumes líquidos“.
Aplicações:
• nas indústrias farmacêuticas, de alimentos e de petróleo.
Bombas centrífugas
 Caracterizadas por possuírem um dispositivo rotatório dotado de pás,
chamado de rotor, que exerce sobre o líquido forças que resultam da
aceleração que lhe imprime. A finalidade do rotor, ou impelidor, é
comunicar à massa líquida aceleração, para que adquira energia
cinética.
 A energia cinética adquirida pelo fluido é então convertida em
pressão quando o fluido sai do rotor para a carcaça espiral ( voluta ou
difusor).
 A bomba centrífuga geralmente opera a velocidade constante e a
capacidade da bomba depende somente da pressão total do projeto
e das condições de sucção.
 São usadas para diferenciais de pressão elevados com cargas
relativamente baixas.
Bombas centrífugas
Princípio de funcionamento
O líquido entra axialmente e circula 
radialmente. O impulsor gira 
rapidamente dentro da carcaça e 
seu movimento produz uma zona 
de vácuo (no centro) e outra de alta 
pressão (na periferia).
Bomba centrífuga.
Carcaça
Rotor
Sucção
Pás
Descarga
Voluta
A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor, 
aumentando a sua energia cinética. Posteriormente a energia cinética 
é transformada em energia de pressão.
Bombas centrífugas
 Rotor: é o coração da bomba. É constituído de diversas palhetas ou
lâminas conformadas de modo a proporcionarem um escoamento suave
do fluido:
• rotores grandes, aletas estreitas - grandes alturas e pequenas
vazões;
• rotores pequenos, aletas longas - pequenas alturas e grandes
vazões.
 Carcaça: transforma energia cinética em energia de pressão com
pequena perda por turbulência:
• serve de contentor para o fluido;
• oferece bocais de entrada (sucção) e saída (recalque) para ele;
• podem ser de dois tipos: em voluta e com pás difusoras;
Bombas centrífugas
Em voluta: o rotor descarrega fluido num canal de área de
seção reta contínua e crescente. Aumentando a área, a
velocidade diminui, reduzindo assim a formação de turbilhões.
São as mais utilizadas (alta eficiência e baixo custo).
Com pás difusoras: são aletas estacionárias que oferecem ao
fluido um canal de área crescente desde o rotor até a carcaça.
.
Em voluta. Com pás difusoras.
Bombas Centrífugas
Bombas centrífugas
Vantagens:
• trabalham em regime
permanente (vazão constante);
• apresentam flexibilidade operacional que podem ser realizadas:
restrição de válvula na descarga, mudança do rotor, variação de
velocidade;
• requerem menos manutenção;
• cobrem amplas faixas de vazões (desde 1L/min até milhares de
L/min);
• apresentam relação custo-benefício favorável.
• permitem bombear líquidos com sólidos em suspensão;
Desvantagens:
• baixa eficiência para vazões muito baixas e diferenciais de
pressão muito altos;
• baixa eficiência para fluidos com alta viscosidade;
• redução de sua capacidade pelos gases dissolvidos no líquido.
Carga de uma bomba ou compressor
 Carga de uma bomba ou compressor (HB) é a energia
fornecida pela máquina por unidade de peso do fluido.
Hman - altura manométrica, em [m]; 
Ho - desnível geométrico, em [m]; 
pr- pressão no reservatório de recalque, em [kg/m
2]; 
pa - pressão no reservatório de sucção, em [kg/m
2]; 
- peso específico do fluido, em [kg/m3]
ΔH- perda de carga nas tubulações e acessórios, em [m]. 
POTÊNCIA DE UMA BOMBA
LD
2
D2
BS
2
S1 hy
g2
v
g
p
Hy
g2
v
g
p




HB= altura manométrica ou carga da bomba (energia por unidade 
de peso do fluido que deve ser fornecido ao sistema)
hL = perda de carga do sistema (sucção e recalque) 
  LSD
2
S
2
D12
B hyy
g2
vv
g
pp
H 





(1)
De (1)
(2)
“ TAXA DE CONSUMO DE ENERGIA NECESSÁRIA PARA
TRANSPORTAR UMA CERTA QUANTIDADE DE FLUIDO A
UMA DETERMINADA ALTURA MANOMÉTRICA”
Potência que deve ser fornecida ao sistema: Pútil
B
.
Bútil gHmQHP 
Potência Real(Preal): fornecida pelo motor =
h
útilP
h : rendimento ou eficiência da bomba
Então:
h
 B
.
real
gHm
P
(3)
(4)
POTÊNCIA DE UMA BOMBA
Seleção de bombas
Necessário conhecer o líquido a ser deslocado, a carga
total do sistema, as cargas de sucção e descarga, e, em
muitos casos, a temperatura, viscosidade, pressão de
vapor, e massa específica;
São fatores fundamentais na escolha de uma bomba:
• faixa de operação;
• materiais de construção;
• Presença de sólidos.
Viabilidade do Ponto de 
Operação da Bomba:
 BALANÇO DE ENERGIA EQUAÇÃO DE
BERNOULLI
MODIFICADA
 PERDA DE CARGA DO SISTEMA
 PERDA DE CARGA BOMBA
BOMBAS E CURVAS CARACTERÍSTICAS
CASO A:
SUCÇÃO OU
ASPIRAÇAO
DESCARGA OU
RECALQUE
S 
OU
YS
D 
OU
YD
1
2
hLS
hLD
hLS + hLD
HT
HD
HS
Sendo:
S ou Ys: Altura de sucção
D ou YD: Altura de descarga
HB
BOMBAS E CURVAS CARACTERÍSTICAS
CASO B:
S 
OU
YS
D 
OU
YD
hLD
hLS + hLD
hLS
HT
HB
Sendo:
S ou Ys: Altura de sucção
D ou YD: Altura de descarga
BOMBAS E CURVAS CARACTERÍSTICAS
CASO C:
S 
OU
YS
hLS
D 
OU
YD
hLS + hLD
hLD
HT HB
Sendo:
S ou Ys: Altura de sucção
D ou YD: Altura de descarga
BALANÇO DE ENERGIA
Das figuras: Casos (A), (B) e (C)
CASO GERAL: HB = HD - HS
HS = (YS + hLS) e HD = (YD + hLD) 
HB =  HS + HD
Caso A: Ys Positivo
HB = HD - ( HS) = HD - HS = YD - YS + hLS + hLD
Caso (B) e (C): HS Negativo (YS) 
HB = HD - (- HS) = HD + HS = YD + YS + hLS + hLD
Curva da Bomba x Curva do Sistema
Curva da Bomba H x Q : fornecida pelo fabricante 
da bomba
Estabelece o que a bomba pode fornecer 
descarga(energia) para vazão do sistema
H
Q
Centrífuga
Exemplo de Curva da Bomba
Curva do Sistema
A curva do sistema fornece qual será a carga (energia) 
necessária para cada vazão
H
Q
Utilizando em conjunto HB(bomba) x Q e HB (sistema) x Q
HB
Q
Ponto de 
operação
As curvas em conjunto bomba-sistema mostrará a 
viabilidade de utilização da bomba e o ponto de operação
H
B
Q
sistema
bomba
Conjunto Inviável
Conjunto Viável
Região de funcionamento
Alteração da curva do 
sistema (alteração de hL: válvula))
(bomba não adequada)
Ponto de operação ou de trabalho: ÚNICO
NA MONTAGEM: única condição possível de funcionamento (par Q, H).
Tubulações envelhecem.
Perdas de carga e H aumentam: diminui as vazões.
Variar ponto de operação: variar a curva da tubulação ou a curva da
bomba:
- fechando parcialmente uma válvula ( ℓW e a curva “sobe”);
- variando as pressões dos reservatórios*;
- mudando o diâmetro das tubulações*;
- variando a rotação do motor (se for, por exemplo, de corrente contínua)
- cortando o rotor da bomba*;
- mudando o fluido.
*Por alterarem substancialmente a tubulação ou a bomba, são 
considerados como uma nova curva e não simples modificação, como no 
caso de fechar (ou abrir) uma válvula.
W
Exemplo prático
Uma bomba centrífuga, cujas características são dadas abaixo, é usada
para elevar água (T=27oC) através do sistema da figura, composto de 
8m de tubulação de ferro fundido de 2,5”(schedule 40) na sucção de 65 m 
de 2” (schedule 40), na descarga. Considere as válvulas do tipo gaveta 
totalmente abertas e cotovelos padrão 90o.
(1)
(2)
S=7m
D = 16,5m
Calcular: a) Vazão de água que circula pela tubulação
b) Potência consumida pela bomba
Curva Característica da Bomba
Vazão(l/min) (m3/s)*103 Carga(m) Rendimento(%)
0 0 36,6 0
37,8 0,63 36,4 13
75,6 1,26 35,7 23,5
151,2 2,52 32,8 37,5
227,0 3,78 28,4 42,5
264,4 4,40 25,9 41,7
302,5 5,04 23,5 39,5