AULA 6 MÁQUINAS HIDRÁULICAS

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INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS 
HIDRÁULICAS 
Centro Universitário Estácio da Bahia - FIB 
Cássia Juliana Fernandes Torres 
Engenheira Ambiental 
Engenheira de Segurança do Trabalho 
Engenheira de Segurança de Barragem 
Especialista em Geoprocessamento 
Mestre em Engenharia Ambiental Urbana/UFBA 
Doutoranda em Energia e Ambiente/Cienam/UFBA 
OBSERVAÇÃO 
• LER O CAPÍTULO 
5 DO LIVRO DE 
RODRIGO DE 
MELO PORTO DA 
USP – ESTE 
CAPÍTULO 
RETRATA 
SISTEMAS 
ELEVATÓRIOS 
DE ÁGUA. 
Em alguns sistemas é necessário fornecer energia ao fluido para se obter 
maiores pressões, velocidades, vazões ou atingir cotas geométricas mais 
elevadas, nestes sistemas utilizam-se Bombas. 
Introdução 
Entre as inúmeras aplicações de sistemas elevatórios pode-se 
citar: Captação de água em rios; Extração de água em poços; Adução com 
bombeamento; Lavagem de filtros em estações de tratamento; sistema de 
esgoto; distribuição de água potável; reversão de capacidade de geração de 
hidrelétrica; máquinas de corte; etc. 
Conceito 
• Máquina hidráulica é uma máquina através da qual escoa 
água, e que tem a finalidade de trocar energia entre a sua 
forma hidráulica, do escoamento, e a mecânica, fornecida ou 
cedida por outra máquina. 
BOMBA 
HIDRÁULICA 
MÁQUINA 
HIDRÁULICA 
MOTRIZ OU 
TURBINA 
Fornece energia para o 
sistema 
Recebe energia do sistema 
Turbina 
• São constituídas basicamente de: 
- Distribuidor: Orienta a água até o rotor e regula a vazão 
turbinada. 
- Rotor: Peça dotada de um eixo sobre a qual estão dispostas 
pás. Nestas, a água provoca rotação, movimentando o eixo, 
gerando a potência do gerador. 
Fonte: Prof. Marllus Gustavo Neves 
Turbina – Principais componentes 
 Barragem; 
 Tomada d’água: 
Comporta, grade; 
 Conduto forçado; 
 Casa de Força; 
 Canal ou túnel de 
fuga: Canal onde a 
água retorna ao rio 
Condutos forçados da UHE ITAIPU 
Fonte: Cássia Juliana F. Torres 
Turbina da UHE de ITAIPU 
Fonte: Cássia Juliana F. Torres Fonte: Cássia Juliana F. Torres Fonte: Cássia Juliana F. Torres 
Jusante da UHE de ITAIPU 
Fonte: Cássia Juliana F. Torres 
Fonte: Cássia Juliana F. Torres 
Bombas Hidráulicas 
• É uma máquina, através da qual escoa água, que recebe 
energia mecânica fornecida por outra máquina, e a 
transforma em energia hidráulica, comunicando ao fluido 
um acréscimo de energia com a finalidade de transportá-lo 
de uma posição de menor potencial para outra de maior 
potencial. 
São máquinas operatrizes hidráulicas 
que transferem energia ao fluido com 
a finalidade de transporta-lo de um 
ponto ao outro. Recebem energia de uma 
fonte motora qualquer e cedem parte desta 
energia ao fluido sob forma de energia de 
pressão, energia cinética ou ambas, isto é, 
aumentam a pressão do fluido, a 
velocidade ou ambas as grandezas. 
Classificação de bombas 
• Bombas centrífugas ou turbo-Bombas(também 
conhecidas como hidro ou Rotodinâmicas): A 
movimentação do fluido ocorre pela ação de forças que se 
desenvolvem na massa do mesmo, em consequência da rotação do 
eixo no qual recebe o fluido pelo seu centro e o expulsa pela 
periferia, pela ação da força centrífuga. 
 
• Bombas volumétricas ou de Deslocamento Positivo: A 
movimentação do fluido é causada diretamente pela ação do 
órgão de impulso da bomba que obriga o fluido a executar o 
mesmo movimento a que está sujeito este impulsor (êmbolo, 
engrenagens, palhetas, etc.) 
Rotor 
Rotor fechado: O líquido entra no rotor 
pela abertura existente nessa coroa. 
Aplicações: líquidos sem substâncias em 
suspensão (água tratada). 
Rotor Aberto: líquidos que contêm 
pastas, lamas, areia, esgotos sanitários 
(exemplo: água bruta). 
Fonte: Prof. André Luiz Andrade Simões 
(https://drive.google.com/file/d/0B91MDQcchMgeanJpWnllZVltQkk/view) 
 
Fonte: http://www.ufjf.br/engsanitariaeambiental/files/2012/09/HGHTEO__Cap4_Aula-1_-10012013_V2.pdf 
• É a energia que a 
bomba deverá 
transmitir ao líquido 
para transportar a 
vazão “Q” do 
Reservatório inferior 
ao Reservatório 
superior. Portanto, Hm 
deve vencer o desnível 
geométrico, as perdas de 
carga e a diferença de 
pressões nos reservatórios. 
A altura manométrica representa a energia absorvida por unidade de peso 
do líquido ao atravessar a bomba. 
Altura Manométrica 
Altura Manométrica 
A altura geométrica, hg, é o valor do desnível 
geométrico vertical (diferença entre a cota do nível do 
fluido superior e inferior), podendo ser dividida nas 
parcelas: altura de sucção, hS, e altura de recalque, hR. 
A altura de sucção, hS, é a distância vertical entre o 
nível do fluido no reservatório inferior e o eixo da 
bomba. A altura de recalque, hR, é a distância vertical 
entre o eixo da bomba e o nível do fluido no 
reservatório superior. 
Evidentemente, a bomba tem que fornecer energia 
para vencer o desnível geométrico, hG, e a soma das 
perdas de energia distribuídas e localizadas. 
A altura manométrica, hman, corresponde à distância vertical mínima para que o 
fluido chegue ao ponto elevado, ou seja, altura geométrica, hG, acrescida das perdas 
de energia. Um sistema elevatório é composto por sucção, recalque e bomba 
(conjunto moto-bomba). 
Onde: 
Q = vazão (m³/s) 
H = Altura monométrica (m) 
Ŋ é o coeficiente de rendimento global da bomba 
Γ é o peso específico 
Bombas Hidráulicas 
Potência de Bombas 
A potência, Pot, que 
corresponde ao trabalho 
realizado para elevar o fluido 
com a altura manométrica, 
hman, é 
Potência recebida pela bomba (fornecida 
pelo motor que aciona a bomba). 
Fonte: Prof. André Luiz Andrade Simões 
(https://drive.google.com/file/d/0B91MDQcchMgeanJpWnllZVltQkk/view) 
Potência de Bombas 
O motor que aciona a bomba deverá trabalhar sempre com uma folga ou margem 
de segurança a qual evitará que o mesmo venha, por uma razão qualquer, operar 
com sobrecarga. Portanto, recomenda-se que a potência necessária ao 
funcionamento da bomba (Pot) seja acrescida de uma folga, conforme especificação 
a seguir (para motores elétricos): 
Para motores a óleo diesel recomenda-se uma margem de segurança de 25% e a 
gasolina, de 50% independente da potência calculada. 
Exercício 1- Uma tubulação de 0,30 m de diâmetro e 3,2 km de 
comprimento desce, com inclinação constante, de um 
reservatório cuja superfície está a uma altura de 150 m, para 
outro reservatório cuja superfície livre está a uma altura de 120 
m, conectando-se aos reservatórios em pontos situados 10 m 
abaixo de suas respectivas superfícies livres. A vazão através da 
linha não é satisfatória e instala-se uma bomba na altitude 135 
m a fim de produzir o aumento de vazão desejado. Supondo que 
o fator de atrito da tubulação seja constante e igual a f = 0,020 e 
que o rendimento da bomba seja 80%, determine: 
a) a vazão original do sistema por gravidade; 
b) a potência necessária à bomba para recalcar uma vazão de 
0,15 m³/s; 
Exercício 2: Bombeiam-se 0,15 m³/s de água 
através de uma tubulação de 0,25m de diâmetro, de 
um reservatório aberto cujo nível d’água mantido 
constante está na cota 567,00 m. A tubulação passa 
por um ponto alto na cota 587,00m. Calcule a 
potência necessária à bomba, com rendimento de 
75%, para manter no ponto alto da tubulação uma 
pressão disponível de 147KN/m², sabendo que, entre 
o reservatório e o ponto alto, à perda de carga é igual 
a 7,5m. 
Problema 1.11 (Fonte Porto, 2006) 
Sistema Elevatório de Cavitação 
Composição: 
 
1. Tubulação de Sucção; 
2. Conjunto Elevatório; 
3. Tubulação de Recalque. 
Um sistema de recalque 
ou elevatório é o 
conjunto de 
tubulações, 
acessórios, bombas 
e motores 
necessários para 
transportar uma 
certavazão de água 
ou qualquer outro 
líquido de um 
reservatório inferior 
para outro reservatório 
superior. 
Compõe a sucção o conjunto de 
condutos e conexões que 
conduzem o fluido até a bomba, 
seus elementos principais são: 
 
• Poço de sucção: sua função e 
criar uma área preferencial para 
captação de fluido com baixa 
aceleração; 
• Crivo: peça especial na 
extremidade da captação, ficando 
submersa no poço, para impedir o 
acesso de material sólido 
evitando danos; 
• Válvula de pé: uma válvula 
instalada na extremidade da 
captação de uma bomba aspirada, 
com a função de impedir o 
retorno do fluido mantendo o 
conduto de sucção cheio, ou seja, 
escorvado; 
Sistema Elevatório de Cavitação 
 
 
Fonte: IT 503 – Fundamentos de Hidráulica Novembro/2008 
Instalada na extremidade inferior da tubulação de sucção. É uma válvula 
unidirecional, isto é, só permite a passagem do líquido no sentido ascendente. Com o 
desligamento do motor de acionamento da bomba, esta válvula mantém a carcaça ou 
corpo da bomba e a tubulação de sucção cheia do líquido recalcado, impedindo o seu 
retorno ao reservatório de sucção ou captação. 
Tubulação Sucção: Válvula de pé com crivo 
Nestas circunstâncias, diz-se que a válvula de pé com crivo mantém a bomba 
escorvada (a função da carcaça e tubulação desta válvula é a de impedir a entrada de 
partículas sólidas ou corpos estranhos como: folhas, galhos, etc). A válvula deve estar 
mergulhada a uma altura mínima de: 
• Curva de 90º: Imposta pelo traçado da linha de sucção. 
• Redução Excêntrica: Liga o final da tubulação à entrada da bomba, de diâmetro 
geralmente menor. Essa excentricidade visa evitar a formação de bolsas de ar à entrada da 
bomba. São aconselháveis sempre que a tubulação de sucção tiver um diâmetro superior a 
4” (100 mm). 
Tubulação Sucção 
Fonte: IT 503 – Fundamentos de Hidráulica Novembro/2008 
Sistema Elevatório de Cavitação 
A instalação de uma bomba em um sistema de recalque pode ser feita de 
duas formas distintas: 
A) BOMBA AFOGADA ou SUCÇÃO NEGATIVA: Quando a cota de instalação 
do eixo da bomba está abaixo da cota do nível d’água no reservatório inferior R1. 
B) BOMBA NÃO AFOGADA ou 
SUCÇÃO POSITIVA: Quando a cota de 
instalação do eixo da bomba está acima 
da cota do nível d’água no reservatório 
inferior R1. 
B) 
A) 
A) 
Instalação, Utilização e Manutenção 
• A instalação do conjunto motor-bomba deve ser feita em local seco, espaçoso, 
iluminado, arejado e de fácil acesso; 
• As tubulações de sucção e recalque devem ser convenientemente apoiadas, 
evitando que transmitam esforços para a bomba; 
• A bomba deve estar localizada tão próximo quanto possível do líquido 
a ser recalcado, a fim de evitar grandes alturas manométricas de 
sucção. A tubulação de sucção deve ser a mais curta e direta possível, 
evitando-se estrangulamentos e pontos altos.; 
• A extremidade de montante da tubulação de sucção deve estar 
localizado abaixo do nível mínimo de água no reservatório inferior, 
garantindo uma altura d’água sobre a entrada (submergência) que 
evite a formação de vórtices e consequente entrada de ar na bomba; 
• Na tubulação de recalque, deve haver um registro de manobra para as operações 
de partida e desligamento do sistema; 
• Entre o registro de manobra e a bomba, deve-se instalar uma válvula de retenção 
ou outro dispositivo que proteja a bomba em caso de parada do motor; 
• É conveniente, principalmente em bombas não afogadas, a instalação na tubulação 
de sucção de uma válvula de pé com crivo, para evitar a entrada de materiais 
estranhos e manter a tubulação de sucção sempre cheia de água. 
Fonte :Porto, (2006) 
Dimensionamento Econômico – 
Tubulação de Recalque 
Em um projeto hidráulico de uma adutora, por 
gravidade ou bombeamento, deve haver um 
compromisso entre os requisitos técnicos de 
desempenho e segurança e o custo global do sistema. 
Dimensionamento Econômico – Tubulação de Recalque 
A escolha do diâmetro da tubulação deve levar em consideração os 
parâmetros econômicos e a disponibilidade de diâmetros dos tubos 
comerciais. 
Na escolha do 
diâmetro, dois 
fatores são 
importantes: 
O custo da tubulação a ser instalada (custos 
fixos ou depreciação do investimento inicial). 
Este custo aumenta a medida que se escolhe 
diâmetros maiores. 
O custo operacional do sistema, ou seja, a 
energia gasta no bombeamento do fluido 
diminui com o aumento do diâmetro da 
tubulação (custos operacionais). 
A soma dos custos fixos mais os operacionais apresenta um valor mínimo 
que é denominado diâmetro econômico, aquele que minimiza os custos 
totais de uma tubulação. 
Dimensionamento Econômico – 
Tubulação de Recalque 
1 – Fórmula de Bresse 
• Existem formas de calcular diâmetro econômico da 
tubulação de recalque: 
1 – Fórmula de Bresse 
Geralmente a velocidade média das instalações situa-se entre 0,6 e 2,4 
m/s. As maiores velocidades são utilizadas em instalações que 
funcionam apenas algumas horas por dia. 
Fonte: Prof. Raimundo Nonato Távora Costa/ UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
• Qualquer que seja a fórmula utilizada, os resultados frequentemente obtidos 
diferem dos diâmetros comerciais. Cabe ao projetista adotar o valor do diâmetro 
comercial mais conveniente e ajustar seus cálculos. 
 
• É comum o projetista recomendar para a tubulação de recalque, o diâmetro 
comercial imediatamente abaixo do calculado. 
Observações... 
• Assim determina-se, em primeira aproximação, o diâmetro da linha de recalque. 
Para o diâmetro de sucção, toma-se o diâmetro comercial imediatamente 
superior ao adotado para o recalque. 
 
• Esta prática encontra 5 justificativa no propósito de diminuirmos as perdas de 
carga e a velocidade na tubulação de sucção, com o objetivo de evitar os efeitos 
danosos do fenômeno da cavitação. 
Fonte: Prof. Raimundo Nonato Távora Costa/ UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
Dimensionamento Econômico – 
Tubulação de Recalque 
1 – Fórmula de Bresse 
Os resultados geralmente 
não representam o valor do 
diâmetro comercial, neste 
caso deve fazer uma 
aproximação. 
X = tempo de funcionamento da 
bomba dividido por 24 h 
1 – Fórmula de Bresse 
• O k depende dos custos do material, mão-de-obra, operação e 
manutenção do sistema e varia de local para local e no tempo, 
principalmente em regimes econômicos inflacionários. Em 
geral, nos sistemas elevatórios, as velocidades variam na faixa e 0,6 a 3,0 
m/s, sendo mais comuns velocidades entre 1,5 e 2,0 m/s. 
• Funcionamento contínuo: 24 horas por dia 
• Trata-se de uma equação muito simples para representar um 
problema complexo e com muitas variáveis econômicas, 
portanto, deve ser aplicada na fase de anteprojeto; 
• Em sistemas de menor porte com adutoras de até 6”, o 
emprego da equação pode conduzir a um diâmetro aceitável; 
• Em instalações maiores, o diâmetro gerado por essa equação deve ser 
tomado como a primeira aproximação para uma pesquisa mais 
elaborada; 
• A fixação de um valor da constante k equivale a adotar uma 
velocidade média de recalque, chamada velocidade 
econômica. 
Fórmula da ABNT (NB – 92/66) 
Recomendada para 
funcionamento intermitente ou 
não contínuo 
Fonte: IT 503 – Fundamentos de Hidráulica Novembro/2008 
Dimensionamento Econômico – 
Tubulação de Recalque 
2 – Fórmula de Forchheimer 
Muito aplicado por exemplo para instalações prediais, 
quando a bomba não necessita funcionar 24 horas por 
dia. 
Exemplo: Considere os seguintes dados de um sistema de bombeamento: 
- Dotação de rega (supondo 24h de bombeamento): 0,65 L s-1 ha-1 
- Área irrigada: 20 ha 
- Jornada diária detrabalho: 8 h dia-1 
Fonte: IT 503 – Fundamentos de Hidráulica Novembro/2008 
Curva Características de Bombas 
De forma geral, os fabricantes apresentam, para cada bomba da série, curvas 
características para diversos diâmetros de rotor, isto é, no mesmo corpo da 
bomba podem-se instalar rotores de vários diâmetros a fim de adaptar, de forma 
conveniente, as características da bomba às condições da instalação e 
funcionamento. 
Fonte :Porto, (2006) 
Uma vez conhecida a vazão necessária de bombeamento e a altura total de elevação , é 
escolhida a velocidade de rotação, o mosaico de rotação permite uma pré seleção da bomba 
pelo código. 
Constituem-se numa relação entre a vazão recalcada com a altura manométrica, com 
a potência absorvida, com o rendimento e às vezes com a altura máxima de sucção. 
Pode-se dizer que as curvas características constituem-se no retrato de 
funcionamento das bombas nas mais diversas situações. 
Curva Características de Bombas 
Estas curvas são obtidas nas bancadas de ensaio dos fabricantes. As mais comuns 
são: 
Hm = f (Q) 
Pot = f (Q) 
η = f (Q) 
ESCOLHA DE BOMBAS: Mosaico de utilização de bombas 
centrífugas com 1750 rpm. 
Cada bomba da série é referenciada no mosaico por um código com dois números, o 
primeiro representando o diâmetro nominal da boca de recalque(mm) e o segundo, a 
família de diâmetro do rotor (mm). 
Fonte :Porto, (2006) 
Curva Característica do Sistema 
• A curva característica do sistema pode ser desenhada, 
calculando-se, o termo de perda total em função da vazão e 
das características das tubulações. 
 
• A altura geométrica pode assumir valores 
positivos (mais comuns), nulos ou até negativos 
quando se deseja aumentar a capacidade de vazão 
de um sistema por gravidade pela colocação de 
uma bomba. 
Fonte: Prof. André Luiz Andrade Simões 
(https://drive.google.com/file/d/0B91MDQcchMgeanJpWnllZVltQkk/view) 
Fonte: Prof. André Luiz Andrade Simões 
(https://drive.google.com/file/d/0B91MDQcchMgeanJpWnllZVltQkk/view) 
Associação de bombas 
• Bomba em série: Várias bombas podem ser operadas em série, ou seja, 
conectadas sucessivamente, em linha, com a finalidade de fornecer alturas 
maiores do que forneceriam individualmente. Aumento da altura manométrica 
é mais característico que o aumento de vazão. 
 
• Operam à mesma vazão, sendo a altura fornecida igual à soma das alturas 
desenvolvidas por cada bomba. As curvas características da instalação em série 
são obtidas pela adição das alturas de cada bomba para uma determinada 
vazão de processo. 
Bomba em paralelo: Aumento da vazão é mais característico que o aumento 
da altura manométrica. 
A adição de duas ou mais bombas em paralelo é útil nos sistemas em que se requer 
vazões variáveis. Essas bombas devem fornecer alturas praticamente iguais. As 
curvas características de um sistema em paralelo são obtidas adicionando as 
vazões das bombas para cada altura. 
Associação de bombas em série 
Associação de bombas em paralelo 
2 bombas 
em série 
2 bombas 
em 
paralelo 
1 Bomba 
Associação de bombas 
• É a energia necessária para vencer as perdas de carga 
desde o flange de sucção até as pás do rotor, no ponto 
onde o líquido recebe incremento de velocidade 
 
• NPSH: Energia do líquido que a bomba necessita para 
seu funcionamento interno. É a quantidade de energia que 
faz com que o líquido consiga alcançar as pás do rotor. 
NPSH (net positive suction head)de Bombas 
A altura de sucção disponível em um sistema, conhecida na literatura inglesa como 
NPSH (Net Positive Suction Head), é utilizada para avaliar a possibilidade de 
cavitação de uma bomba. 
Os fabricantes fornecem este valor de NPSH 
requerido pela bomba, em função da vazão. 
NPSH de Bombas 
Se a bomba estiver afogada, eixo da bomba abaixo do nível d’água do 
reservatório inferior: 
NPSH disponível para instalação: 
N.P.S.H.disponíel > N.P.S.H.requerido 
Pa = Pressão atmosférica 
Pv = Pressão vapor d’água 
(tabelado) 
 
Fonte: Porto (2006). 
Quando a pressão do líquido cai abaixo da pressão de vapor ocorre a vaporização do 
líquido, e o efeito final será a cavitação: bolhas de vapor podem reduzir ou parar o 
fluxo de líquido. 
NPSH de Bombas 
Pressão vapor d’água (Tabela) 
Pressão Atmosférica 
h=altitude do local (m) entre 0 e 2000 m. 
 
Fonte: Porto (2006). 
NPSH de Bombas 
CAVITAÇÃO 
Há um limite de pressão de vácuo que pode se atingir na sucção de uma bomba. 
Caso a bomba trabalhe abaixo desse limite, ocorrerá um fenômeno denominado 
cavitação. 
Esse limite existe, pois em uma determinada pressão de vácuo, dependendo da 
temperatura e volatilidade do líquido pode-se alcançar a ebulição. 
Assim, formam-se bolhas de vapor que viajam da zona de baixa pressão na bomba 
(sucção) até a zona de alta pressão (saída do rotor). Neste ponto colapsam, 
produzindo fortes correntes de líquido que provocam erosão nas partes metálicas 
da bomba. Durante a cavitação gasta-se energia para acelerar o fluido, o que 
resulta em uma perda de eficiência da bomba. 
• Vazão volumétrica do fluido a ser transferido; 
• Energia a ser vencida no sistema: 
cinética + potencial + pressão + atrito 
• Propriedades do fluido: fluido possui diferentes pHs e temperaturas, 
e vão desde um líquido homogêneo de baixa viscosidade a pastas e 
espumas com duas fases. 
Fatores que influenciam a escolha da bomba 
• Propriedades reológicas e densidade. 
• Natureza corrosiva ou erosiva do líquido que define o material a ser 
usado. O tamanho e forma das partículas em suspensão pode causar erosão na 
bomba. 
• Propriedades lubrificantes: algumas bombas não podem trabalhar com 
material não-lubrificante. 
o Temperatura: cavitação 
o Necessidades higiênicas: limpeza e agentes esterilizantes. 
Exercício 4 
0
5
10
15
20
25
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
H
(m
) 
Q(m³/S) 
Curva Característica da Bomba 
https://sites.google.com/site/lhmfet/home 
Site recomendado – PROFESSOR ANDRÉ 
SIMÕES 
Obrigada! 
torres_cjf@yahoo.com.br