Unidade_01_Introdução_Máquinas _Fluxo

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Bombas e Turbinas 
 
 
 
 
Unidade 01 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Máquinas de Fluxo 
 
 
 
 
Introdução ás Máquinas de Fluxo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
Introdução à Máquina de Fluxo 
 
1. Classificação e Principio de Transformação de Energia das Máquinas de Fluxo 
 
 Máquinas de fluxo são equipamentos mecânicos (Ver figura 01) que promovem a transformação 
da energia mecânica em hidráulica e/ou hidráulica em mecânica de acordo com o sentido da 
transformação da energia. As turbinas e moinhos transformam energia hidráulica em energia mecânica 
que posteriormente é transformada em energia elétrica pelos geradores acoplados ao eixo destas máquinas 
de fluxo. Já as bombas, ventiladores e compressores transformam energia mecânica em energia hidráulica 
possibilitando transportar e elevar fluidos a grandes distâncias e elevadas alturas que atendem desde 
pequenas instalações hidráulicas residenciais até grandes sistemas de irrigação e abastecimento de água 
industrial nas grandes empresas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Máquina 
De 
Fluxo 
Energia Mecânica 
Energia Hidráulica 
 
Bombas, ventiladores e Compressores. Turbinas e Moinho 
Figura 01 – Esquema de transformação de energia em uma máquina de fluxo 
Figura 02 – Classificação simplificada das máquinas de fluxo 
 
Máquinas de Fluxo 
Turbomáquinas Volumétricas 
Turbinas 
Bombas Ventiladores 
Alternativas Rotativas 
Pistão 
Diafragma 
Parafuso 
Palhetas 
Lóbulos 
Engrenagem 
Hidráulicas 
Vapor 
Gás 
Eólica 
Centrifugas 
Axiais 
Mistas 
Centrifugas 
Axiais 
Mistas 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
As máquinas de fluxo podem ser divididas em turbomáquinas e volumétricas e/ou de 
deslocamento positivo (Ver figura 02). As turbo-máquinas direcionam o escoamento através pás 
solidárias ao rotor e o fluido nunca permanece confinado no interior da sua carcaça, isto é, o fluido esta 
sempre circulando no interior da máquina de fluxo. Ao contrário numa máquina de fluxo volumétrica 
e/ou de deslocamento positivo o fluido permanece periodicamente confinado no interior da máquina de 
fluxo. 
As turbo-máquinas são dotadas de uma carcaça e no seu interior uma parte móvel denominada de 
rotor, que se movimenta o fluido. No caso das bombas, ventiladores e compressores, o rotor é acoplado ao 
eixo de um motor que produz movimento de rotação ao fluido transformando a energia mecânica em 
energia hidráulica. Por outro lado nas turbinas o fluido ao passar pelo rotor transforma energia hidráulica 
em energia mecânica. 
As turbo-máquinas podem ser classificadas segundo a direção do escoamento do fluido ao longo 
do seu rotor (Ver figura 03), ou seja: 
 
a) Maquina de fluxo radial: Nestas turbo-máquinas o escoamento do fluido no seu rotor é 
predominantemente radial. 
 
b) Maquinas de fluxo axial: Nestas turbo-máquinas o escoamento do fluido no seu rotor é axial. 
 
c) Maquina de fluxo misto: Nestas turbo-máquinas o escoamento do fluido no seu rotor é dito 
diagonal, isto é, parte axial e parte radial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Bombas 
 
As bombas recebem energia mecânica de motores e transforma em energia hidráulica. Em função 
da direção que o fluido escoa através de seu rotor no interior da sua carcaça são classificadas em 
centrifugas, axiais e diagonais. 
 
2.1. Bombas Centrífugas. 
 
Uma bomba é denominada centrifuga quando a direção de escoamento do fluído ao longo de seu 
rotor é incialmente longitudinal e posteriormente perpendicular ao do eixo da bomba. Segue abaixo 
alguns exemplos das bombas centrifugas (Ver Figura 04, 05 e 06). Os rotores podem ser fechados, 
semiabertos e abertos. 
a) Rotor Radial b) Rotor Diagonal c) Rotor Axial 
Figura 03 – Tipos de Rotores - a)Radial, b) Diagonal, c) Axial. 
 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 05 – Bomba centrifuga –“Rotor Semi-Aberto” 
Figura 04 – Bomba Centrifuga – “Rotor Fechado” 
 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2. Bomba Axial. 
 
Uma bomba é denominada de axial quando a direção de escoamento do fluído ao longo de seu 
rotor é sempre longitudinal ao do eixo da bomba. Segue abaixo exemplos de bombas axiais (Ver Figura 
07). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3. Bomba Mista. 
 
Uma bomba é denominada de mista quando a direção de escoamento do fluído ao longo de seu 
rotor é incialmente longitudinal e posteriormente faz uma inclinação com respeito ao do eixo da bomba. 
Segue abaixo exemplo das bombas mistas (Ver Figura 08). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 08 – Bomba Mista –“Rotor Diagonal” 
Figura 06 – Bomba Centrifuga de Múltiplo Estágio 
Figura 07 – Bomba Axial –“Rotor Axial” 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
2.4. Bombas de Aplicação Especial. 
 
Abaixo alguns exemplos de bombas especiais, para aplicação especial, tais como bombas para 
alimentação das caldeiras, bombas verticais muito utilizadas em estações de captação de água e bomba 
submersa utilizada em poços profundos (Ver Figura 09). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.5. Instalações Típicas de Bombeamento 
 
Duas instalações típicas de bombeamento são as mais comuns e utilizadas nas instalações de 
bombeamento (Ver Figura 10): 
 
 Instalação de bombeamento com sucção positiva 
 Instalação de bombeamento com sucção negativa (Bomba afogada) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 09 – Bombas Especiais: Bomba para Caldeira, Bomba vertical e Bomba submersa. 
 
Sucção Positiva Sucção Negativa 
Figura 10 – Instalações típicas de bombeamento 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
 Independente da instalação, seguintes são as singularidades normalmente utilizadas nas instalações 
de bombeamento (Ver Figura 11): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Segue a descrição resumida da função de cada singularidade: 
 
 Válvula de pé: é uma válvula de retenção que se instala na extremidade inferior da tubulação de 
sucção, quando a bomba está localizada acima do nível de água do poço de sucção, com o objetivo 
de impedir o retorno do líquido quando a bomba deixa de funcionar. Desta maneira a bomba e a 
tubulação de sucção poderão estar sempre cheias de água, ou seja, escorvada sem ar. Caso 
contrário, a depressão criada na entrada da bomba pode não será suficiente para recalcar o líquido 
e a bomba trabalha vazia, sem fazer o recalque. 
 Crivo: dispositivo vem acoplado logo abaixo da válvula de pé e tem a finalidade de impedir a 
entrada de partículas sólidas no interior da bomba. 
 Redução excêntrica: é a peça que se adapta à tubulação de sucção, geralmente de maior diâmetro 
que a entrada da bomba, de menor diâmetro. A excentricidade exigida nesta peça tem a finalidade 
de evitar o acúmulo de bolhas de ar na seção de entrada da bomba. Quando estas bolhas ocupam 
toda a seção, provocam a separação da coluna líquida e contribuem para provocar o fenômeno da 
cavitação. 
 Motor de acionamento: tem a finalidade de fornecer energia mecânica às bombas. A fonte de 
energia dos motores, normalmente, é elétrica, podendo-se utilizar também motores de combustão. 
A união entre a bomba e o motor é realizada por luva elástica, ou por meio de eixo rígido, do tipo 
monobloco. 
 Bomba: é o dispositivo ou equipamento utilizado para adicionar energia ao escoamento da água, 
 Válvula de retenção: destina-se à proteção da bomba contra o retorno da água e à manutenção da 
coluna líquida por ocasião da parada do motor. 
 Válvula ou registro: é um o dispositivo que se deve ser instalado logoa seguir da válvula de 
retenção, visando a manutenção desta, bem como o controle da vazão. O tipo mais utilizado nas 
instalações de bombeamento é a válvula gaveta. 
 
 
 
 
Figura 11 – Instalação Típica de Bombeamento e Singularidades 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
2.6. Campo de aplicação 
 
O campo de aplicação dos diferentes tipos diferentes de bombas é tão amplo e sujeito a regiões de 
superposição, que, muitas vezes, torna-se difícil definir qual a melhor bomba para determinada aplicação, 
no entanto, existem situações em que a supremacia de um tipo de bomba sobre a outra é tão evidente que 
a seleção pode ser feita já nas etapas iniciais de um projeto. Por outro lado (Ver Figura 12), existe um 
predomínio das bombas centrífugas, bombas de fluxo misto e bombas axiais para a região de médias e 
grandes vazões, enquanto as bombas deslocamento positivo dominam a faixa de médias e grandes alturas 
de elevação e/ou pressão e pequenas vazões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uma maneira utilizada na escolha adequada do tipo de rotor para atender uma determinada 
necessidade é o critério do cálculo da rotação específica. Este método leva em consideração experiências 
e projetos anteriores das bombas utilizando teoria da semelhança mecânica, que se baseia no fato de que 
existe, para um conjunto de valores de H, Q e n, um formato de rotor de uma máquina de uma bomba que 
é de menores dimensões e menor custo e que proporciona um melhor rendimento, sendo, portanto, 
indicada para atender as necessidades especificas requeridas, ou seja, para as bombas a rotação especifica 
é largamente utiliza equação abaixo: 
 
 
 
 
 
Onde: 
 
 
 ns= Rotação especifica (rpm) 
 Q = Vazão da bomba (m3/s) 
 H = Altura de manométrica (m) 
 n = Rotação da bomba (rpm) 
 
 
Figura 12 – Campo de aplicação das bombas 
  4
3
2
1
65,3
H
nQ
ns 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
 
Após o cálculo da rotação específica, utilizando-se tabela Figura 13, define o tipo de bomba mais 
adequado para atender as condições características impostas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13 – Gráfico para escolha do tipo de bomba. 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
3. Turbinas 
 
As primeiras turbinas surgiram na forma de rodas d’água, utilizando somente a energia cinética 
dos cursos d’água. Posteriormente passou-se também a utilizar a energia potencial d’água, dando início 
aos aproveitamentos das quedas d’água em 1827 (Ver Figura 14). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As turbinas são constituídas por dois dispositivos principais: O Rotor e o Distribuidor. Os detalhes 
construtivos tanto do rotor como do distribuidor variam para cada tipo de turbina. 
 
 O rotor é o órgão móvel das turbinas, sobre o qual atua a água aduzida do distribuidor. É 
dotado de pás que formam canais ou conchas sobre os quais atua a água em escoamento, 
sendo que as forças decorrentes da velocidade da água dão origem a um conjugado de 
rotação que dá ao eixo da turbina a rotação e potencia desejada. 
 O distribuidor é o órgão fixo das turbinas ao qual compete a função de direcionar a água 
até o rotor, regulando a vazão da turbina e convertendo energia de pressão em energia 
cinética. 
 
Na maioria das Usinas Hidroelétricas em funcionamento utilizam um dos três tipos de turbinas: 
mais convencionais: Turbina Pelton, Turbina Francis e Turbinas Axiais (Hélice, Kaplan. Bulbo). 
 
3.1. Turbinas Pelton. 
 
As Turbinas Pelton são máquinas de ação e escoamento tangencial. Operam em altas quedas e 
baixas vazões. Podem ser de um jato, dois, quatro ou seis jatos e podem ser de eixo horizontal ou vertical. 
A energia hidráulica é transferida para o rotor pela ação do jato de água que sai do injetor e incide sobre 
pás bipartidas em forma de cunha. O controle da vazão é realizado na agulha e no injetor (Ver Figura 15). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 15 – Turbina Pelton – “Rotor Tangencial” 
Figura 14 – Roda de água 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
3.2. Turbinas Axiais 
 
As turbinas axiais são caracterizadas pelo fato do fluxo escoar longitudinalmente ao eixo do rotor. 
São máquinas de reação e trabalham com baixas quedas e grandes vazões. As Turbinas axiais mais 
utilizadas são a Turbina Kaplan,Turbina Bulbo e Turbina Hélice (Ver Figura 16) . 
A máquina axial foi desenvolvida em 1908 devido à necessidade de se operar em aproveitamentos 
de baixas quedas. A Turbina Hélice diferencia das Turbinas Kaplan e Bulbo pelo fato de que nas turbinas 
hélice as suas pás não possuir e/ou permitir movimento para regulagem e ajuste da vazão. 
A turbina bulbo é uma solução compacta da turbina Kaplan, podendo ser utilizada tanto para 
pequenos quanto para grandes aproveitamentos e se caracterizam por ter o gerador montado na mesma 
linha da turbina em posição quase horizontal e envolto por um casulo que o protege do fluxo normal da 
água. 
É empregada na maioria das vezes para aproveitamentos de baixa queda Sua concepção compacta 
de uma turbina Bulbo reduz consideravelmente o volume das obras civis, tornando a mesma de menor 
custo. Em compensação, o custo do equipamento eletromecânico, turbina e gerador são maiores que os 
das turbinas convencionais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16 – Turbina Kaplan e Bulbo – “Rotor Axial” 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
3.3. Turbinas Francis 
 
As Turbinas Francis são máquinas de reação, com escoamento radial (lenta e normal) e 
escoamento misto (rápida), (Ver Figura 17). São máquinas ideais para médias vazões e média quedas. O 
controle da vazão é realizado no distribuidor ou sistema de pás móveis. São turbinas rigorosamente 
centrípetas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Lento (Fluxo Radial) Normal (Fluxo Radial) Rápido (Fluxo Diagonal) 
Figura 17 – Turbina Francis – “Rotor Radial e Diagonal” 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
3.4. Campo de aplicação 
 
A Figura 18 apresenta o campo de aplicação dos principais tipos de turbinas hidráulicas levando 
em consideração a altura de queda, a vazão e a potência. Embora fique evidenciada a existência de 
regiões em que prepondera um determinado tipo de turbina, como por exemplo: 
 
 
 Turbina Kaplan: Grandes vazões e pequenas alturas de queda 
 Turbina Pelton: Maiores alturas de queda e menores vazões. 
 Turbina Francis: Médias alturas e vazões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Outro critério utilizado para seleção do tipo de rotor de uma turbina utilizando-se equações de 
semelhança mecânica baseando-se na experiência de projetos bem sucedidos no sentido de buscar 
balancear e garantir menor custo do gerador elétrico, menor problema de cavitação, menor custo de 
construção civil, maior flexibilidade de operação, maior facilidade de manutenção, após cálculo da 
rotação especifica utiliza-se Figura 19 apresentado a seguir, para escolha do rotor: 
 
 
 
 
Onde: 
 
 ns= Rotação especifica no Sistema Internacional (Adimensional) 
 Q = Vazão da Turbina (m3/s) 
 H = Altura de Queda (m) 
 n = Rotação da Turbina (rps) 
 g = Aceleração da gravidade - 9,81 m/s2 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18 – Campo de aplicação das turbinas 
  4
3
2
1
1000
Hg
nQ
ns 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
Figura 20 – Rendimento típico das Turbinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.5. Rendimento das Turbinas 
 
As turbinas são máquinas que apresentam relativamente bons valores de rendimento. A Figura 20 
a seguir apresenta um gráfico onde podemos visualizar o rendimento de vários tipos de turbinas em 
funçãoda relação da vazão disponível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19 – Gráfico para Seleção do Tipo de Turbina. 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
Figura 21 – Exemplo de Usina Hidroelétrica de Fio d’ água 
Figura 22 – Exemplo de Usina Hidroelétrica de Acumulação 
3.6. Classificação das Usinas com Respeito a sua Operação 
 
As usinas hidroelétricas podem ser classificadas com respeito ao tipo de operação em: 
 
3.6.1. Usinas de Fio D’água 
 
As usinas de fio d’água são usinas sem reservatórios significativos e normalmente operam com 
altura de queda e vazão não controlada e utilizam diretamente a vazão do sistema disponível 
(Ver Figura 21). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.6.2. Usinas de Acumulação 
 
As usinas de acumulação são usinas com grandes reservatórios e devido questões operacionais e 
ambientais devem manter o nível de água constante (Ver Figura 22). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=MWPrXv7IDMspPM&tbnid=EgVxErTSd4yhSM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.brazilecovip.com.br/passeio/56&ei=Ya7nU5iMH47msATG-oKQCA&psig=AFQjCNGse6u4ej6_j9-j8mhzXAJtALAIGw&ust=1407778723207097
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
Figura 24 – Principais Usinas Hidroelétricas no Brasil 
Figura 23 – Exemplo de Usina Hidroelétrica Reversível – (Guangzhou, China) 
4.6.2. Usinas Reversíveis 
 
As usinas reversíveis são usinas que geram energia elétrica utilizando água através do 
bombeamento de um reservatório inferior mais baixo para outro mais elevado. Em muitas situações neste 
tipo de usina as turbinas são reversíveis, ou seja, podem operar com bomba e turbina (Ver Figura 23). 
Uma usina reversível é a forma mais eficaz tanto do ponto de vista econômico como ambiental de 
se armazenar energia durante as fases de carga básica para disponibilizar esse excedente à rede em 
momentos de picos de demanda, ou mesmo para funções de regulação do sistema. Isso tem sido feito pela 
Empresa Voith desde que essa tecnologia foi inventada. Atualmente, já foram instaladas mais de 400 
usinas reversíveis em todo o mundo, com uma potência que soma mais de 24.000 MW. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.7. Principais Usinas Hidroelétricas, Estimativa de consumo e Geração de Energia no Brasil 
 
O quadro abaixo Figura 24, mostra as dez maiores usinas hidroelétricas do Brasil, estado e rio 
onde é localizada e respectiva capacidade de geração de energia elétrica em ordem decrescente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://voith.com/br/mercados-e-setores-de-negocios/energia-hidreletrica/usinas-hidreletricas-reversiveis/guangzhou-9801.html
http://voith.com/br/mercados-e-setores-de-negocios/energia-hidreletrica/usinas-hidreletricas-reversiveis/guangzhou-9801.html
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
Figura 25 – Capacidade de Produção x Demanda 
 A energia elétrica produzida pelas grandes Usinas Hidroelétricas sempre teve um papel importante 
no desenvolvimento do Brasil. Entre 1975 e 2005 a potencia instalada cresceu de 13.724 MW para quase 
69.000 MW (Ver Figura 25). O quadro abaixo mostra um mapa do aproveitamento do potencial 
hidroelétrico Brasileiro: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Bronzatti, F. L. e Neto, A. I., Matrizes Energéticas no Brasil: Cenário 2010-2030, XXVII Encontro Nacional 
de Engenharia de Produção, RJ, 2008 
 
 
 
 Pode-se verificar que a estimativa de consumo de energia elétrica em 2030 deverá girar entre 950 
TWh e 1.250TWh/ano, comparado com o consumo atual que se situa na faixa de 405TWh (Fonte: 
ANEEL – 2006). Esta diferença exigirá investimentos pesados na expansão da oferta de energia elétrica. 
 No caso deste fornecimento ser realizado por usinas hidroelétricas, mesmo com uma instalação 
adicional de 120 mil MW, o que eleva para 80% o uso deste potencial, ainda assim poderia não ser 
suficiente para atender a demanda em 2030. 
 
5. Ventiladores 
 
Ventiladores a exemplo das bombas e turbinas são turbomáquinas que se destinam a produzir o 
deslocamento dos gases. A rotação de um rotor dotado de pás adequadas, acionado por um motor, em 
geral o elétrico, permite a transformação da energia mecânica do rotor na forma de energia hidráulica que 
o fluido é capaz de assumir, ou seja, a energia potencial de pressão e a energia cinética. Graças à energia 
adquirida, o fluido no caso, o ar ou os gases, torna-se capaz de escoar em dutos, vencendo as resistências 
que se oferecem ao seu deslocamento, proporcionando a vazão desejável de ar ou gases para a finalidade 
que se destina. 
Os ventiladores são usados nos projetos em ventilação, exaustão, desempoeiramento, climatização 
e em processos da indústria siderúrgica nos altos-fornos, sinterização, caldeiras nos queimadores, nos 
transportes pneumáticos, dentre outras aplicações. 
O ventilador é estudado como uma máquina de fluido incompressível, uma vez que o grau de 
compressão que nele se verifica é tão pequeno, que não é razoável analisar seu comportamento como se 
fosse uma máquina térmica. Quando a compressão é superior a aproximadamente 2,5 kgf./cm
2
, 
empregam-se os compressores, cuja teoria de funcionamento, em princípio, é igual à dos ventiladores, 
havendo, porém necessidade de levar em consideração os fenômenos termodinâmicos decorrentes da 
compressão do ar e os aspectos inerentes ao resfriamento dessas máquinas. 
Considerando que os ventiladores são turbo-máquinas a classificação segundo a direção do 
escoamento do fluido ao longo do seu rotor, pode ser radial, diagonal e axial. 
 
 
 
 
Twh 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
5.1. Ventilador Centrífugo. 
 
Um ventilador é denominado centrifugo quando a direção de escoamento do gás ao longo de seu 
rotor é incialmente longitudinal e posteriormente perpendicular ao do eixo do ventilador. Segue abaixo 
alguns exemplos das bombas centrifugas (Ver Figura 26, 27 e 28). Os rotores podem ser fechados, 
semiabertos e abertos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.2. Ventilador Axial. 
 
Um ventilador é denominado de axial quando a direção de escoamento do gás ao longo de seu 
rotor é sempre longitudinal ao do eixo do ventilador. Segue abaixo exemplo de ventilador axial (Ver 
Figura 29). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Direção do Escoamento Axial 
Figura 27 – Ventilador Centrifugo – “Rotor Siroco” 
Figura 26 - Ventilador Centrifugo – “Rotor Radial” 
 
Figura 29 – Ventilador Axial – “Rotor Axial” 
Figura 28 – Ventilador centrifugo – “Rotor pá reta” 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
Segue com alguns modelos de ventiladores com respectivas orientações de aplicação e 
características – (Fabricante: OTAM Ventiladores S/A), (Ver Figuras 30 e 31) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 30– Modelos de ventilador 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.3. Instalações típicas 
 
Segue exemplos de instalações onde são utilizados os ventiladores, (Ver Figuras 32, 33 e 34) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 31 – Modelos de ventilador 
Figura 32 – Sistema de desempoeiramento. 
 
 
 
21 
 
Bombas e Turbinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Compressores 
 
Compressores são máquinas de fluxo utilizadas e destinadas principalmente nas industriais com a 
finalidade de elevar a energia dos fluidos gasosos, ou seja, aumentar a pressão, principalmente do ar, e 
são divididas em turbo-máquinas e máquinas volumétricas e/ou de deslocamento positivo. A elevação de 
pressão requerida pode variar desde cercade 1,0 atm até centenas ou milhares de atmosferas. 
Há quem utilize ainda a denominação "sopradores" para designar as máquinas que operam com 
elevação de pressão superior aos limites usuais dos ventiladores. 
Os compressores volumétricos, de uma maneira geral, em alternativos e rotativos. 
 
a) Alternativos podem ser de: 
 
 De êmbolo; 
 De membrana. 
 
B) Rotativos, por sua vez, podem ser: 
 
 De engrenagens de fluxo tangencial; 
 De engrenagens helicoidais ou de fluxo axial; 
 De palhetas; 
 De pêndulo; 
 De anel de líquido; 
 De pistão rotativo; 
 
 
Figura 33 – Sistema de exaustão 
Figura 34 – Sistema de ar condicionado 
 
 
 
22 
 
Bombas e Turbinas 
C) Turbo-máquinas, podem ser: 
 
 Centrífugos; 
 Axiais. 
 
As características dos compressores podem variar em função dos tipos de aplicações a que se 
destinam. Dessa forma, convém distinguir as seguintes categorias de serviços principais: 
 
 Compressores de ar para serviços ordinários; 
 Compressores de ar para serviços industriais; 
 Compressores de gás ou de processo; 
 Compressores de refrigeração; 
 Compressores para serviços de vácuo. 
 
Segue alguns exemplos de compressores: 
 
6.1. Compressor alternativo a pistão 
 
Esse tipo de compressor se utiliza de um sistema biela-manivela para converter o movimento 
rotativo de um eixo no movimento translacional de um pistão ou êmbolo, como mostra a figura abaixo. 
Dessa maneira, a cada rotação do acionador, o pistão efetua um percurso de ida e outro de vinda 
na direção do cabeçote, estabelecendo um ciclo de operação. (Ver Figura 35). 
 
 Etapa de admissão: Na etapa de admissão o pistão se movimenta em sentido contrário 
ao cabeçote, fazendo com que haja uma tendência de depressão no interior do cilindro 
que propicia a abertura da válvula de sucção. O gás é então aspirado. 
 Etapa de compressão: A etapa de compressão inicia quando o movimento do pistão se 
inverte, a válvula de sucção se fecha e o gás é comprimido até que a pressão interna do 
cilindro seja suficiente para promover a abertura da válvula de descarga. 
 Etapa de descarga: A etapa de descarga ocorre quando a válvula de descarga se abre, 
a movimentação do pistão faz com que o gás seja expulso do interior do cilindro.e dura 
até que o pistão encerre o seu movimento no sentido do cabeçote. 
 Etapa de expansão: Ocorre, porém, que nem todo o gás anteriormente comprimido é 
expulso do cilindro. A existência de um espaço morto ou volume morto, compreendido 
entre o cabeçote e o pistão no ponto final do deslocamento, faz com que a pressão no 
interior do cilindro não caia instantaneamente quando se inicia o curso de retorno. 
Nesse momento, a válvula de descarga se fecha, mas a válvula de admissão só se abrirá 
quando a pressão interna cair o suficiente. Essa etapa, em que as duas válvulas estão 
bloqueadas e o pistão se movimenta em sentido inverso ao do cabeçote, se denomina 
etapa de expansão, e precede a etapa de admissão de um novo ciclo. 
 
Podemos concluir então que, devido ao funcionamento automático das válvulas, o compressor 
alternativo aspira e descarrega o gás respectivamente nas pressões instantaneamente reinantes na 
tubulação de sucção e na tubulação de descarga. Em termos reais, há naturalmente uma certa diferença 
entre as pressões interna e externa ao cilindro durante a aspiração e a descarga, em função da perda de 
carga no escoamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.2. Compressor de palhetas 
 
O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira excentricamente em relação 
à carcaça. Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seu comprimento e nos quais 
são inseridas palhetas retangulares. 
Um compressor de palheta em detalhes. Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se 
radialmente sob a ação da força centrífuga e se mantêm em contato com a carcaça. O gás penetra pela 
abertura de sucção e ocupa os espaços definidos entre as palhetas. Podemos notar que, devido à 
excentricidade do rotor e às posições das aberturas (Ver Figura 36) de sucção e descarga, os espaços 
constituídos entre as palhetas vão se reduzindo de modo a provocar a compressão progressiva do gás. A 
variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas, desde o fim da admissão até o início da 
descarga, define, em função da natureza do gás e das trocas térmicas, uma relação de compressão interna 
fixa para o compressor. Assim, a pressão do gás no momento em que é aberta a comunicação com a 
descarga poderá ser diferente da pressão reinante nessa região. O equilíbrio é, no entanto, quase 
instantaneamente atingido a pressão requerida para o gás descarregado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 35 – Compressor alternativo de pistão 
Figura 36 - Compressor de palhetas 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
6.3. Compressor de parafuso 
 
Esse tipo de compressor possui dois rotores em forma de parafusos que giram em sentido 
contrário, mantendo entre si uma condição de engrenamento (Ver Figura 37). O gás penetra pela abertura 
de sucção e ocupa os intervalos entre os filetes dos rotores. A partir do momento em que há o 
engrenamento de um determinado filete, o gás nele contido fica encerrado entre o rotor e as paredes da 
carcaça. A rotação faz então com que o ponto de engrenamento vá se deslocando para a frente, reduzindo 
o espaço disponível para o gás e provocando a sua compressão. Finalmente, é alcançada a abertura de 
descarga, e o gás é liberado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.4. Compressor de lóbulos 
 
Esse compressor (Ver Figura 338), possui dois rotores que giram em sentido contrário, mantendo 
uma folga muito pequena no ponto de tangência entre si e com relação à carcaça. O gás penetra pela 
abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo conduzido até a abertura de descarga pelos 
rotores. 
O compressor de lóbulo desloca o gás de uma região de baixa pressão para uma região de alta 
pressão e é também conhecido originalmente como compressor “ROOTS”, caracterizando um exemplo 
típico do que se pode caracterizar como um soprador, uma vez que é oferecida para elevações pequenas 
de pressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 38 - Compressor de lóbulos 
Figura 37 - Compressor de parafuso 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
6.5. Compressor centrífugo 
 
O gás é aspirado continuamente pela abertura central do rotor e descarregado pela periferia do 
mesmo, num movimento provocado pela força centrífuga que surge devido á rotação, daí a denominação 
do compressor. O fluido descarregado passa então a descrever uma trajetória em forma espiral através do 
espaço anular que envolve o rotor e que recebe o nome de difusor radial ou difusor em anel. Esse 
movimento leva à desaceleração do fluido e consequente elevação da pressão. Prosseguindo em seu 
deslocamento, o gás é recolhido em uma caixa espiral denominada voluta e conduzido à descarga do 
compressor. Antes de ser descarregado, o escoamento passa por um bocal divergente, o difusor da voluta. 
Os compressores centrífugos não proporcionam grandes elevações de pressão, portanto quando é 
necessário pressões maiores podem ser utilizados compressores de múltiplos estágios (Ver Figura 39). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.6. Compressor axial 
 
Os compressores axiais são dotados de um tambor rotativo em cuja periferia são dispostas séries 
de palhetas em arranjos circulares. Os compressores axiais são sempre dotados de vários estágios. O 
escoamento desenvolve-se segundo uma trajetória axial,(Ver Figura 40). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 39 - Compressor centrífugo 
Figura 40 - Compressor axial 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
6.7. Instalações típicas 
 
Segue exemplo de instalação onde é utilizado oscompressores. (Ver Figuras 41 e 42) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 41 – Instalação de ar comprimido 
Figura 42 – Transporte pneumático de pó 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
7. Campo de aplicação dos ventiladores e compressores 
 
Num ventilador, a alteração da massa específica do gás entre a admissão e a descarga é pequena e 
o gás pode ser considerado como um fluido incompressível, ou seja, diferenças de pressão até 10 kPa ou 
1000 mmca. 
Num compressor, a alteração da massa especifica é significativa, não podendo ser desconsiderada. 
Para uma faixa de diferença de pressão entre a descarga e a admissão da máquina da ordem de 10 a 300 
kPa ou 1000 a 3000 mmca. 
Tomando-se para análise o caso dos compressores, normalmente caracterizados pela vazão de gás 
aspirado e pela pressão na descarga, o domínio absoluto dos compressores centrífugos e axiais para 
regiões de grandes vazões e pressões. Por outro lado, os ventiladores atendem aplicações de pressões 
menores. (Ver Figura 43) 
Entretanto, na gama das pequenas e médias vazões e elevadas relações de pressão entre descarga e 
admissão, os compressores alternativos de êmbolo ou pistão mantêm o seu predomínio, com avanços 
tecnológicos significativos e um consumo energético favorável. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 43 – Faixa de aplicação dos ventiladores e compressores 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
Para os ventiladores o método utilizando semelhança mecânica e equação da rotação específica é 
apresentado a seguir: 
 
 
 
 
 
Onde: 
 
A rotação específica pode calculada pela equação: 
 
 Rotação: n - (rpm) 
 Vazão: Q - (l/s) 
 Pressão: H - (mmH2O) 
 Rotação específica: ns - (rpm) 
 
Após o cálculo da rotação específica, utilizando-se tabela Figura 44, define o tipo de ventilador 
mais adequado para atender as condições características impostas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  4
3
2
1
.6,16
H
nQ
ns 
Figura 44 – Gráfico para Seleção do Tipo de Ventilador. 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
8. Bombas Volumétricas e/ou de Deslocamento Positivo 
 
As bombas volumétricas e/ou de deslocamento positivo são assim denominadas por utilizarem a 
variação de volume do líquido no interior de uma câmara fechada para provocar uma variação de pressão. 
Esta variação de pressão é realizada pela ação de movimentos rotativos ou alternativos e por causa disto 
estes equipamentos recebem o nome de bomba alternativa de pistão, bomba de parafuso, bomba de 
engrenagem, etc. 
 
8.1. Bombas alternativas a pistão 
 
A bomba de pistão envolve um movimento de vai-e-vem de um pistão num cilindro resultando 
num escoamento intermitente. Para cada golpe do pistão, um volume fixo do líquido é descarregado na 
bomba. A taxa de fornecimento do líquido é função do volume varrido pelo pistão no cilindro e o número 
de golpes do pistão por unidade do tempo (Ver Figura 45). 
A bomba alternativa de pistão pode ser de simples ou duplo efeito, dependendo se o pistão possui 
um ou dois cursos ativos. 
Na bomba de recalque de duplo efeito, o pistão descarrega água por um dos seus lados, enquanto a 
água é puxada para dentro do cilindro pelo outro lado do pistão, não havendo tempo de transferência. 
Dessa forma, a água é descarregada em qualquer tempo, ao invés de ser descarregada em tempos 
alternados, como nas bombas de simples efeito. Então, a vazão de uma bomba de simples efeito pode ser 
duplicada numa bomba de duplo efeito que possua cilindro de idêntico deslocamento, ou seja, 
comparando a bomba de duplo efeito com a de simples efeito, verificamos que o deslocamento de água é 
maior para um mesmo número de rotações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8.2. Bombas de Embolo 
 
A operação deste tipo de bomba é idêntica a operação da bomba de recalque do tipo pistão de duplo 
efeito, trocando-se apenas o pistão pelo êmbolo (Ver Figura 46). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 45 – Bomba de Pistão 
Figura 46 – Bomba de Embolo 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
8.3. Bombas de Diafragma 
 
A bomba de diafragma utiliza uma substância elástica (tal como uma borracha), ao invés de pistão 
ou êmbolo, para desenvolver operações de bombeamento. Os dois tipos básicos de bomba de diafragma 
são: aberto e fechado. As bombas de diafragma têm se mostrado eficientes para tarefas tais como: retirada 
de água de valas, fundações encharcadas, drenos e outras depressões encharcadas, nas quais há uma 
grande quantidade de barro ou areia na água (Ver Figura 47). 
O movimento da membrana em um sentido diminui a pressão da câmara fazendo com que seja 
admitido um volume de líquido. Ao ser invertido o sentido do movimento da haste, esse volume é 
descarregado na linha de recalque. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8.4. Bombas de Engrenagem 
 
A formação de volume ocorre entre os flancos dos dentes e as paredes da carcaça. Na bomba, uma 
das engrenagens é a motriz acionada pelo eixo a qual gira a outra (Ver Figura 48). 
As engrenagens giram em sentidos opostos, criando um vácuo parcial na câmara de entrada da 
bomba. O fluido é introduzido no vão dos dentes e é transportado junto à carcaça até a câmara de saída. 
Ao se engrenarem novamente, os dentes forçam o fluido para a abertura de saída. 
A alta pressão na abertura de saída impõe uma carga radial nas engrenagens e nos rolamentos. 
Esse tipo de bomba é geralmente usado para pressões até 210 bar e vazão até 660 l/min. Vemos, então, 
que a bomba de engrenagens é mais bem utilizada em circuitos que requeiram baixa ou média vazão e 
pressão relativamente alta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 47 – Bomba de Diafragma 
Figura 48 – Bomba de Engrenagem 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
8.5. Bombas de Lóbulos 
 
O princípio de funcionamento das bombas de lóbulos é similar ao da bomba de engrenagens, 
exceto em que os elementos giratórios, que engrenam, são rotores em forma de lóbulos e não em rodas 
dentadas. Ambos os rotores são propulsados, sincronizados por engrenagens ou correntes de distribuição, 
girando em sentidos opostos, apresentando uma pequena folga efetiva. Também são diferenciadas 
conforme a quantidade de lóbulos, dois, três ou mais lóbulos (Ver Figura 49). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8.6. Bombas de Parafuso 
 
São bombas 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. Os filetes dos parafusos não têm contato 
entre si, porém, mantém folgas muito pequenas, das quais depende o rendimento volumétrico (Ver Figura 
50). 
Essas bombas são muito utilizadas para o transporte de produtos de viscosidade elevada. Há 
projetos de bombas com uma camisa envolvendo os parafusos, por onde circula vapor, com o objetivo de 
reduzir a viscosidade do produto. 
Há casos em que essas bombas possuem três parafusos e os filetes estão em contato entre si, além 
de um caso particular em que há apenas um parafuso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 43 – Bomba de Lóbulos 
Figura 50 – Bomba de Parafuso 
 
 
 
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Bombas e Turbinas 
8.7. Bombas de Palhetas 
 
Uma bomba de palhetas é constituída por um rotor provido de ranhuras nas quais deslizam 
palhetas que durante o movimento de rotação desse rotor entram em contato com um anel excêntrico 
devido ao efeito da força centrífuga (Ver Figura 51). 
O espaço compreendido entre o rotor, o anel e as palhetas enche-se do óleo vindo da tubulação de 
aspiração. Esse óleo é pulsado para a tubulação de descarga. Então, pelapassagem do conjunto rotor 
palhetas pela vizinhança da câmara de aspiração, o volume do espaço compreendido entre duas palhetas 
aumenta, provocando uma depressão, que aspira o óleo; mas quando esta vizinhança da câmara de 
descarga, o volume compreendido entre as duas pás diminui, obrigando assim o óleo a fluir para a 
descarga. A variação da vazão neste tipo de bomba é possível com a alteração da excentricidade. Quando 
(e=0), isto é, excentricidade nula (rotor e estator no mesmo eixo de giro), a vazão será nula. A vazão será 
máxima para a máxima excentricidade, isto é, quando o rotor é posicionado tangente ao estator. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 51 – Bomba de Palhetas