máquinas de fluxo Capitulo 2cv3

Prévia do material em texto

2. CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS DE FLUXO ........................................................................... 2 
 
2.1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 2 
2.1.1. Máquinas Motrizes Hidráulicas .................................................................................................... 2 
2.1.2. Máquinas Geratrizes Hidráulicas ................................................................................................. 3 
 
2.2. MÁQUINAS MOTRIZES OU TURBINAS ..................................................................................... 3 
2.2.1. História ......................................................................................................................................... 3 
2.2.2. Classificações das Turbinas ........................................................................................................ 4 
2.2.2.1. Turbina radial ........................................................................................................................... 4 
2.2.2.2. Turbina axial ............................................................................................................................ 4 
2.2.2.3. Turbina de escoamento misto ou diagonal ............................................................................. 4 
2.2.2.4. Turbina tangencial ou de ação parcial .................................................................................... 4 
2.2.3. Tipos de Turbina .......................................................................................................................... 4 
2.2.3.1. Turbinas Francis ...................................................................................................................... 4 
2.2.3.2. Turbinas Hélices ...................................................................................................................... 8 
2.2.3.3. Turbinas Kaplan ...................................................................................................................... 8 
2.2.3.4. Turbinas Tubulares .................................................................................................................. 9 
2.2.3.5. Turbinas de Bulbo ................................................................................................................. 10 
2.2.3.6. Turbinas Straflo ..................................................................................................................... 11 
2.2.3.7. Turbinas Dériaz ..................................................................................................................... 11 
2.2.3.8. Turbinas Pelton ..................................................................................................................... 12 
 
2.3. MÁQUINAS GERATRIZES OU BOMBAS ................................................................................. 14 
2.3.1. Definição .................................................................................................................................... 14 
2.3.2. Bombas de Deslocamento Positivo ........................................................................................... 14 
2.3.3. Turbobombas ............................................................................................................................. 14 
2.3.4. Classificação das turbobombas ................................................................................................. 16 
2.3.4.1. Classificação segundo a trajetória do fluido no rotor ............................................................ 16 
2.3.4.2. Classificação segundo o número de rotores empregados. ................................................... 18 
2.3.4.3. Classificação segundo o número de entradas para a aspiração .......................................... 19 
2.3.4.4. Classificação segundo o modo pelo qual é obtida a transformação da energia cinética em 
energia de pressão ................................................................................................................................ 20 
2.3.5. Funcionamento de uma bomba centrifuga ................................................................................ 20 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 21 
 
 2 
2. CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS DE FLUXO 
 
 
 
2.1. INTRODUÇÃO 
 
 
 As máquinas de fluxo se subdividem em: 
 
 
 
 
 Sendo que as térmicas são para fluidos compressíveis (gases em geral) e as hidráulicas para 
os incompressíveis (líquidos com, e.g., água). 
 
2.1.1. Máquinas Motrizes Hidráulicas 
 
São as que transformam a energia hidráulica em trabalho mecânico, fornecido, geralmente, 
sob a forma de conjugado que determina um movimento praticamente uniforme Pode-se dizer que, de 
um modo geral, se destinam a acionar outras máquinas, principalmente geradores de energia elétrica. 
Dois são os tipos mais importantes de máquinas motrizes hidráulicas: 
Turbinas hidráulicas, nas quais o escoamento da água se dá em canais formados por pás 
curvas, dispostas simetricamente em torno de um eixo móvel, e que constituem o rotor ou receptor. 
Esse escoamento dá origem, em vista da mudança progressiva da direção dos filetes, a forças do tipo 
µν, que determinam conjugados de rotação. Costuma-se por isso dizer simplificadamente que, nas 
turbinas, a água atua por sua velocidade ou por sua energia cinética. Atualmente são empregadas as 
seguintes turbinas: 
 
• Francis: de reação, radiais e helicoidais 
• Propeller: de reação, axiais, de pás fixas 
• Kaplan: de reação, axiais, de pás orientáveis 
• Pelton: também chamadas turbinas de ação ou impulsão, de jato e tangenciais 
• Dériaz: semelhante a Francis, porém com pás orientáveis, e podendo funcionar também como 
bomba 
 
Rodas hidráulicas ou rodas-d'água, nas quais a água, escoando em canais especiais ou 
despejada em cubas, desenvolve forças que produzem o conjugado motor. Nestas máquinas a água 
atua por peso e por velocidade, havendo o predomínio de uma delas em cada tipo (rodas de cima, de 
lado e de baixo). 
MÁQUINAS DE 
FLUXO 
TÉRMICAS HIDRÁULICAS 
MOTRIZES GERATRIZES MOTRIZES GERATRIZES 
 3 
 
2.1.2. Máquinas Geratrizes Hidráulicas 
 
São aquelas que recebem trabalho mecânico, geralmente fornecido por uma máquina motriz, e o 
transforma em energia hidráulica, comunicando ao líquido um acréscimo de energia sob as formas de 
energia potencial de pressão e cinética. Pertencem a esta categoria de máquinas todas as bombas 
hidráulicas. 
 
 
2.2. MÁQUINAS MOTRIZES OU TURBINAS 
 
 
2.2.1. História 
 
 As primeiras máquinas motrizes hidráulicas realmente práticas parecem ter sido as rodas 
d’água. 
 Vitruvio, um século antes de Cristo, projetou e instalou várias das rodas d’água para o 
acionamento de rudimentares dispositivos mecânicos. Utilizadas desde a Antigüidade, satisfizeram as 
exigências impostas durante muitos séculos, por uma tecnologia primária, capaz de atender ao 
funcionamento de pequenas oficinas, moinhos de cereais e artesanatos. Extremamente simples e 
fáceis de construir, podiam as rodas d’água serem usadas para quedas baixas, de 3 a 6 m nas rodas 
de cima e quedas ainda menores nas rodas de lado e nas de baixo. 
 A baixa rotação e as pequenas potências que com elas se podem alcançar foram reduzindo 
sua aplicação a casos muito especiais, a medida que se ampliavam os progressos da Era Industrial. 
 Ainda no século XVIII projetavam-se rodas d’água cujas cubas recebiam a água por uma 
canaleta, como é o caso da Roda Bélidor (Bernard F. de Bélidor, 1693-1761), e ainda em nossos dias 
existe campo, embora limitado e especial, para a instalação de rodas d’água de vários tipos. 
 O século XVIII é, como se sabe, o século dosgrandes nomes da ciência hidráulica, que 
prepararam o campo para extraordinárias conquistas no que concerne as máquinas hidráulicas. De 
fato, em 1730, Daniel Bernoulli (1700-1782) lançou os fundamentos da Hidrodinâmica. O famoso 
teorema e a equação de conservação de energia para os líquidos que tem seu nome, embora não 
fossem enunciados explicitamente sob a forma usual com que os costumamos usar, apresentam-se 
perfeita e claramente estabelecidos em sua obra “Hidrodinâmica”. 
 Leonard Euler (1707-17831), que inventara uma roda de reação com distribuidor fixo, 
verdadeira precursora da turbina, publicou em 1751 seus primeiros trabalhos sobre turbo-máquinas, 
estabelecendo em 1754 a equação que ainda hoje conserva seu nome e que é a base para a 
compreensão do funcionamento das máquinas de reação. 
 Os estudos de Euler foram encontrar aplicação decisiva no século XIX com as rodas Poncelet 
e com as turbinas propriamente ditas. 
 O nome turbina parece dever-se a Claude Burdin (1790-1873) com a memória que publicou 
sob o título: “Das turbinas hidráulicas ou máquinas rotativas de grande velocidade”. Um de seus 
discípulos, Benoit Fourneyron (1802-1867), realizou experiências em Pont sur l’Oignon na França, 
entre os anos de 1823 e 1827. Foi neste último ano que construiu uma turbina centrífuga com 
potência de 6 CV e rendimento de 80%. Prosseguiu construindo e montando turbinas, em 1837 
instalou uma de 60 CV em Saint Blaise. Ao falecer, havia fabricado e instalado mais de cem turbinas. 
 A turbina de Fourneyron era uma turbina centrífuga, de ação total da água em escoamento. 
Constava de um distribuidor fixo D e de um receptor U roda R que girava fixado em um eixo vertical. 
Ambos possuíam uma série de pás curvas formando canais e presas a coroas circulares. As pás do 
distribuidor tinham por finalidade guiar a água de modo a permitir a penetração da mesma nos canais 
formados pelas pás do receptor obliquamente em relação à circunferência interna C. 
 Em virtude da mudança de direção que imprimem à água que com elas tem contato, as pás 
do receptor recebem a ação das forças com predominância das forças devidas à velocidade de 
escoamento. O escoamento se faz do centro para a periferia, isto é, o receptor e externo ao 
distribuidor e a água abandona o receptor caindo de uma altura h num poço de escapamento ou de 
fuga. 
 Quando a água, ao atravessar o receptor, enche completamente o canal formado pelas pás, 
mantendo contato com todas elas simultaneamente, a turbina é dita de escoamento forçado ou ação 
 4 
total, como é o caso em apreço. Quando tal não ocorre se diz que a turbina é de ação parcial ou jato 
livre, ou simplesmente de jato, como veremos em tipos de que trataremos mais adiante. 
 Podemos em resumo, dizer que a concepção da turbina se deve a Euler e que a primeira 
turbina industrial foi obra de Fourneyron. 
 
 
2.2.2. Classificações das Turbinas 
 
Quanto a Direção do Escoamento: 
 
2.2.2.1. Turbina radial 
 
 É aquela em que a partícula líquida na sua ação sobre o receptor mantém-se 
aproximadamente sobre um plano normal ao eixo da turbina. Pode ser: 
 
 Centrífuga ou exterior: Tipos Girard e Fourneyron. 
 Centrípeta ou interior: Com o receptor interiormente ao difusor - tipo Francis lenta. 
 
2.2.2.2. Turbina axial 
 
 É aquela em que as partículas líquidas percorrem trajetórias contidas em superfícies 
cilíndricas de revolução em torno do eixo da turbina. 
 
 — tipo Jonval e Fontaine (obsoletos). 
 — tipo hélice (Propeller). 
 — tipo Kaplan. 
 — tipo tubular, bulbo, Straflo. 
 
2.2.2.3. Turbina de escoamento misto ou diagonal 
 
 É aquela em que as trajetórias das partículas líquidas no receptor passam gradativamente da 
direção radial para a axial e são curvas reversas (de dupla curvatura). 
 
 —tipos Francis - normal, rápida e extra-rápida. 
 —tipo Dériaz - semelhante a Francis rápida, porém, como já foi dito, as pás do receptor são 
orientáveis de modo semelhante ao das Kaplan. 
 
 
2.2.2.4. Turbina tangencial ou de ação parcial 
 
 É aquela em que a água é lançada sob a forma de um jato sobre um número limitado de pás 
do receptor. 
 
• Girard 
• Schwamkrug (1850) (obsoleta} 
• Zuppinger ( 1846) (obsoleta) 
• Michell 
• Banki 
• Pelton (a mais usada da categoria) 
 
 
2.2.3. Tipos de Turbina 
 
2.2.3.1. Turbinas Francis 
 
 James Bicheno Francis (1815-1892) nasceu na Inglaterra, emigrou para os Estados Unidos e 
trabalhou como engenheiro de empresas que operavam às margens do Rio Marrimac. Incumbido em 
1847 de estudar uma turbina para o aproveitamento energético do desnível em um rio, sua atenção 
 5 
recaiu sobre uma máquina de escoamento centrípeta, cuja patente já fora requerida em 1838 por 
Samuel Dowd (1804-1879). Foram tais os aperfeiçoamentos introduzidos por Francis na turbina Dowd 
que esse tipo de turbinas mereceu seu nome. 
Nas turbinas Francis, o receptor fica internamente ao distribuidor de modo que a água ao 
atravessar o rotor da turbina aproxima-se constantemente do eixo. 
São turbinas rigorosamente centrípetas, e permitem o uso de um tubo proposto em 1943 por 
Jonval, para conduzir a água, após sair do receptor até um poço, tubo esse que pela semelhança 
com os tubos de aspiração da bombas, recebeu o nome de tubo de sucção ou de aspiração; chama-
se também tubo difusor ou tubo recuperador. 
 
 
Figura 2.2.1. Turbina Francis 
 
 Esse tubo constitui parte essencial de toda turbina centrípeta ou hélice-centrípeta, 
genericamente denominada turbina Francis. 
 A função tubo de sucção é manter a continuidade da massa líquida em escoamento, desde a 
saída do receptor até o, nível da água no poço de escapamento, impedindo que caia livremente do 
receptor, como acontece na turbina Fourneyron. Consegue-se desse modo um aumento da queda 
hidráulica e, pela transformação da energia cinética que possui a água ao cair do receptor em energia 
de pressão, um aumento na potência da turbina. 
 6 
Assim o tubo de sucção cria uma depressão à saída do rotor de modo que se recupera não 
apenas a maior parte da energia cinética da água que sai do tubo, mas também ganha-se ainda o 
desnível topográfico entre a saída do rotor e o nível da água no poço. 
O formato do receptor das turbinas Francis foi evoluindo à medida que se procurava 
aumentar sua velocidade e se ampliava a faixa de valores da queda. Swain, em 1855, propôs o rotor 
com desvio progressivo da água da direção radial para a axial, tal como nos rotores das turbinas 
Francis "normais” atuais. Em 1917, surgiu o receptor Dubs apropriado a velocidades específicas 
elevadas. A turbina com o receptor Dubs é conhecida com o nome de turbina Francis rápida e extra-
rápida. Trata-se, aliás, de uma evolução dos rotores Swain e McCormick (1876). 
 
 
 
 
Figura 2.2.2. - Tipos de rotores Francis 
 
 
Esta evolução não significa que os formatos anteriores não tenham mais aplicação. Com 
aperfeiçoamentos de projeto, ainda se aplicam, conforme os valores da descarga, da queda e do 
número de rotações. Esse conjunto de grandezas irá estabelecer, como veremos, o valor de uma 
grandeza denominada velocidade específica, que irá caracterizar a forma de rotor adequada a cada 
caso em questão. 
A Fig.2.2.2 mostra os diversos tipos de rotores de turbinas Francis. Relativamente à 
“velocidade especifica” temos na referida figura: 
 
• A e B—Turbinas "lentas" 
• C e D—Turbinas “normais” 
• E—Turbinas “rápidas” 
• F—Turbina “extra-rápida” ou “ultra-rápida” 
 7 
 
Figura 2.2.3. Turbina Francis em manutenção 
 
O distribuidor das turbinas tipo Francis é constituído de um conjunto de pás dispostas em 
volta do receptor, e que podem ser orientadas por meio de um comando especial, de modo a darem, 
para cada valor da descarga, o ângulo mais conveniente de entrada da água no receptor isto é, um 
escoamento com um mínimo de perdas hidráulicas.Todas elas possuem um eixo de rotação paralelo ao eixo da turbina e, graças a um 
mecanismo constituído por um anel concêntrico ao distribuidor e ligado às pás por bielas, podem girar 
simultaneamente de um mesmo ângulo, fazendo a seção de escoamento variar de um máximo 
(admissão máxima) ate o fechamento total. 
 O anel que comanda as bielas das pás chama-se de regularização, o qual, por sua vez, é 
comandado por um eixo graças às bielas que lhe permitem efetuar um movimento de rotação de 
pequena amplitude (Figs. 2.2.4). Esse mecanismo foi proposto por Fink e tem o seu nome. 
 
 
Figura 2.2.4 - Sistema de comando do distribuidor de turbina Francis 
 8 
2.2.3.2. Turbinas Hélices 
 
 A necessidade de obtenção de turbinas com velocidades consideráveis em baixas quedas e 
grandes descargas, o que não é viável com as turbinas Francis, deu origem em 1908 às turbinas 
Hélices ou Propeller. O receptor assumiu a forma de uma hélice de propulsão, com as pás fixas, o 
que explica o nome dado a essas turbinas. O distribuidor mantém o aspecto que tem nas turbinas 
Francis, mas a distância entre as pás do distribuidor e as do receptor é bem maior do que a que se 
verifica para as turbinas Francis de alta velocidade específica. 
 
2.2.3.3. Turbinas Kaplan 
 
O engenheiro Victor Kaplan (1876-1934), professor da Universidade Técnica de Brno, após 
estudos teóricos e experimentais, concebeu em 1912 um novo tipo de turbina axial a hélice, 
comportando a possibilidade de variar o passo das pás, isto é, inventou uma hélice de pás 
orientáveis. 
 
 
Figura 2.2.5 - Corte longitudinal de uma turbina Kaplan 
 
 Apesar da desconfiança inicial dos fabricantes em aceitarem o novo tipo de turbina por 
julgarem-no utópico e irrealizável, acabaram rendendo-se às vantagens desse tipo de turbina para 
quedas pequenas e médias e grandes. O considerável número de turbinas Kaplan instaladas e com 
pleno êxito representa a consagração definitiva dessas turbinas. (Ver Fig. 2.2.5) 
 O mecanismo que permite variar o ângulo de inclinação das pás conforme a descarga, sem 
variação apreciável do rendimento, fica alojado numa peça com formato de ogiva e seu comando é 
realizado pelo regulador automático de velocidade. (Ver Fig. 2.2.6) 
 9 
 
Figura 2.2.6 - Pá com ângulo variável - turbina Kaplan 
 
2.2.3.4. Turbinas Tubulares 
 
O receptor, de pás fixas ou orientáveis, é colocado num tubo por onde a água se escoa, e o 
eixo, horizontal ou inclinado, aciona um alternador colocado externamente ao tubo. A Fig.2.2.7 mostra 
duas instalações de turbinas tubulares nas condições referidas. 
 
 
Figura 2.2.7 - Turbina Hélice e Tubulares acionando diretamente o alternador 
 10
2.2.3.5. Turbinas de Bulbo 
 
 Podem ser consideradas como uma evolução do tipo acima citado. O rotor possui pás 
orientáveis semelhantes às das turbinas Kaplan e existe uma espécie de bulbo, colocado no interior 
do tubo adutor da água. No interior do bulbo, que é uma câmara blindada, pode existir meramente um 
sistema de transmissão por engrenagens, para transmitir o movimento do eixo da hélice ao alternador 
e/ou, como acontece nos tipos aperfeiçoados, no interior do bulbo fica o próprio gerador elétrico.
 Como se pode observar nas referidas figuras, o bulbo tem diâmetro pouco menor que o rotor 
da turbina. 
Existem turbinas bulbo com cerca de 8 m de diâmetro fabricadas pela Escher Wyss, 
Charmilles, Voith, Alshtom, Neyrpie e outras empresas. 
 A turbina bulbo dispensa a caixa em caracol e o trecho vertical do tubo de sucção. O espaço 
ocupado em planta é portanto menor que o das turbinas Kaplan. Para um mesmo diâmetro do rotor, a 
turbina bulbo absorve uma descarga maior que as Kaplan, resultando daí maior potência a plena 
carga. 
 Durante algum tempo construíram-se turbinas bulbo contendo um conjunto de engrenagens 
planetárias destinadas a aumentar o número de rotações para o acionamento do alternador. 
Modernamente, o acoplamento do eixo da turbina ao alternador colocando no interior do bulbo, como 
dissemos, se realiza diretamente. 
As turbinas bulbo por poderem funcionar como turbinas ou como bombas têm sido 
empregadas em usinas maré-motrizes como a do estuário do Rio Rance na França, onde foram 
instaladas 24 unidades de 10 MW cada. 
 
 
Figura 2.2.8 - Turbina Bulbo em inspeção 
 11
2.2.3.6. Turbinas Straflo 
 
A Escher Wyss desenvolveu uma turbina de escoamento "retilíneo" Straflo (contração dos 
vocábulos straight e flow), de volume reduzido e que conduz a considerável economia no custo das 
obras civis Na realidade, as trajetórias das partículas líquidas são hélices cilíndricas, que em projeção 
meridiana são retas paralelas ao eixo. 
 
 
Figura 2.2.9 - Corte longitudinal da turbina Straflo 
 
Na turbina Straflo, o indutor do alternador é colocado na periferia do rotor da turbina formando 
um anel articulado nas pontas das pás da hélice, as quais podem ser de passo variável, análogas às 
da turbina Kaplan. 
 As juntas hidrostáticas, montadas entre a carcaça fixa do alternador e a coroa exterior girante, 
funcionam como um agente de pressão e vedação constantemente limpo. 
 As turbinas Straflo são adequadas para usinas de baixa queda, de até 40 m, e diâmetro do 
rotor de até cerca de 10 m. 
 Uma turbina parecida com essa fora estudada pela empresa Escher Wyss e pelo engenheiro 
Arno Fischer nos anos trinta, e, apesar de haverem sido fabricadas dezenas de unidades, sua 
fabricação fora descontinuada, devido à necessidade de aperfeiçoar detalhes técnicos. Os 
aperfeiçoamentos introduzidos mais recentemente tornam a turbina Straflo plenamente confiável. 
 
2.2.3.7. Turbinas Dériaz 
 
 Às turbinas Dériaz (tem o nome do engenheiro suíço que as inventou) assemelham-se às 
turbinas Kaplan e às Francis rápidas porém as pás do receptor são articuladas e, pela atuação de um 
mecanismo apropriado, podem variar o ângulo de inclinação. A variação do "passo” as torna 
adequadas a amplas variações de descarga numa faixa de bom rendimento. 
 São usadas também em instalações de Centrais de Acumulação, onde funcionam ora como 
turbina, ora como bomba. 
 Possuem as vantagens das turbinas Kaplan quanto à conservação de rendimento numa 
carga amplitude de variação de potência, com a característica de poderem funcionar em quedas 
acima de 200m. Pela forma inclinada de suas pás, as turbinas Dériaz são designadas por turbinas 
diagonais. 
 12
 
Figura 2.2.10 - Rotor da turbina Dériaz - tipo diagonal pás móveis 
 
2.2.3.8. Turbinas Pelton 
 
 Entre as turbinas chamadas de jato, o tipo que ainda hoje é muito empregado é a turbina 
Pelton ou roda Pelton, como alguns a chamam, homenagem prestada ao seu inventor Lester Allen 
Pelton (1829-1908), engenheiro norte-americano, nascido em Ohio. 
 Após realizar inúmeros ensaios com os mais variados tipos de pás, Pelton patenteou, em 
1880, a turbina, vendendo seus direitos a uma empresa que foi fundada para fabricá-la. 
 Como toda turbina hidráulica, a Pelton possui um distribuidor e um receptor. O distribuidor é 
um bocal, de forma apropriada a guiar a água proporcionando um jato cilíndrico sobre a pá do 
receptor, o que é conseguido por meio de uma agulha (agulha de regularização). 
 O receptor consta de um certo número de pás com forma de concha especial, dispostas na 
periferia de um disco que gira, preso a um eixo. 
 A pá possui um gume médio, que fica sobre o plano médio da roda, e que divide 
simetricamente o jato e o desvia lateralmente. Chamando de U a velocidade da pá, W2 a velocidade 
relativa da água ao abandoná-la, a velocidade absoluta será V2 que deverá ter uma direção 
aproximadamente paralela ao eixo da turbina e em ângulo de quase 90° com a velocidade absoluta 
de entrada V0. 
 As turbinas Pelton podem ser de um jato, dois, quatro e seis jatos. 
A figura a seguir mostra esquematicamente as partes principais de umaturbina Pelton de um jato, 
com eixo horizontal. 
 
 13
 
Figura 2.2,11 - Corte transversal da turbina Pelton de 2 jatos 
 
A turbina Pelton possui também um “defletor de jato", que intercepta o jato, desviando-o das 
pás, quando ocorre uma diminuição violenta na potência demandada pela rede de energia. Nessa 
hipótese, uma atuação rápida da agulha reduzindo a descarga poderá vir a provocar uma 
sobrepressão no bocal nas válvulas e ao longo do encanamento adutor. O defletor volta à posição 
primitiva liberando a passagem do jato, logo que a agulha assume a posição que convém, para a 
descarga correspondente à potência absorvida. 
 As turbinas Pelton de potência elevada possuem ainda um bocal de frenagem que faz incidir 
um jato nas costas das pás, contrariando o sentido de rotação quando se deseja frear a turbina 
rapidamente . 
 A Fig.2.2.11 mostra uma turbina Pelton de dois jatos, podendo-se observar os defletores de 
jato e o freio, além dos dispositivos de regulagem do avanço da agulha. 
 14
2.3. MÁQUINAS GERATRIZES OU BOMBAS 
 
2.3.1. Definição 
 
Bombas são máquinas geratrizes cuja finalidade é realizar o deslocamento de um líquido por 
escoamento. Sendo uma máquina geratriz, ela transforma o trabalho mecânico que recebe para seu 
funcionamento em energia, que é comunicada ao líquido sob as formas de energia de pressão e 
cinética. Alguns autores chamam-nas de máquinas operatrizes hidráulicas, porque realizam um 
trabalho útil específico ao deslocarem um líquido. 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 sua 
velocidade permitem classificar as bombas em: 
 
• Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas 
• Turbobombas chamadas também hidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou simplesmente dinâmicas 
• Bombas especiais (bomba com ejetor; pulsômetros; bomba de emulsão de ar). 
 
 
2.3.2. 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. Proporciona então as 
condições para que se realize o escoamento na tubulação de aspiração até a bomba e na tubulação 
de recalque até o ponto de utilização. A característica principal desta classe de bombas é que uma 
partícula líquida em contato com o órgão que comunica a energia tem aproximadamente a mesma 
trajetória que a do ponto do órgão com o qual está em contato. 
Assim, por exemplo, na bomba de êmbolo aspirante-premente, a partícula líquida a tem a 
mesma trajetória retilínea do ponto b do pistão, exceto nos trechos de concordância a inicial e final. 
Na bomba de engrenagem, a partícula líquida a tem aproximadamente a mesma trajetória circular 
que a do ponto b do dente da engrenagem, exceto nos trechos de concordância na entrada e na 
salda do corpo da bomba. 
As bombas as de deslocamento positivo podem ser de Simples efeito—quando apenas uma 
face do êmbolo atua sobre o líquido. Duplo efeito—quando as duas faces atuam. Chamam-se ainda 
Simplex— quando existe apenas uma câmara com pistão ou êmbolo. Duplex— quando são dois os 
pistões ou êmbolos. Triplex— quando são três os pistões ou êmbolos. Multiplex—quando são quatro 
ou mais pistões ou êmbolos. 
Podem ser acionadas por meio de motores elétricos ou também por motores de combustão 
interna (power pumps). 
Nas bombas citadas, o pistão ou embolo pode ser de simples ou duplo efeito. 
Nas bombas rotativas, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças 
dotadas de movimento de rotação que, comunicando energia de pressão, provocam seu escoamento. 
A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do próprio movimento de 
escoamento do líquido. A descarga e a pressão do líquido bombeado sofrem pequenas variações 
quando a rotação é constante Podem ser de um ou mais rotores. 
 As bombas alternativas e rotativas são usadas para pressões elevadas e descargas 
relativamente pequenas. 
 
 
2.3.3. Turbobombas 
 
As turbobornbas, também chamadas bombas rotodinâmicas e kinetic pumps pelo Hydraulic 
Institute, são caracterizadas por possuírem um órgão rotatório dotado de pás, chamado rotor, que 
exerce sobre o líquido forças que resultam aceleração que imprime. Essa aceleração, ao contrário do 
que se verifica nas bombas de deslocamento positivo, não possui a mesma direção e o mesmo 
sentido do movimento do líquido em contato com as pás. As forças geradas são as de inércia e do 
tipo µν vistas. A descarga gerada depende das características da bomba, do número de rotações e 
das caraterísticas do sistema de encanamentos ao qual estiver ligada: 
A finalidade do rotor, também chamado "impulsor" ou "rotor", é comunicar à massa líquida 
aceleração, para que adquira energia cinética e se realize assim a transformação da energia 
 15
mecânica de que está dotado em energia de pressão. É, em essência, um disco ou uma peça de 
formato cônico dotada de pás. O rotor pode ser: 
 
• fechado quando, alem do disco onde se fixam as pás, existe uma coroa circular também presa às 
pás. Pela abertura dessa coroa, o líquido penetra no rotor. Usa-se para líquidos sem substâncias 
em suspensão e nas condições que veremos adiante.( Fig. 2.3.1) 
• aberto quando não existe essa coroa circular anterior. Usa-se para líquidos contendo pastas, 
lamas, areia, esgotos sanitários. (Fig. 2.3.2) 
 
 
Figura 2.3.1 - Rotores fechados de turbobombas 
 
 
 
Figura 2.3.2 - Rotor aberto de turbobomba 
 
As turbobombas necessitam de um outro órgão, o difusor, também chamado recuperador, 
onde é feita a transformação da maior parte da elevada energia cinética com que o líquido sai do 
rotor, em energia de pressão. Desse modo, ao atingir a boca de saída da bomba, o líquido é capaz de 
escoar com velocidade razoável, equilibrando a pressão que se opõe ao seu escoamento. Esta 
transformação é operada de acordo com o teorema de Bernoulli, pois o difusor sendo, em geral, de 
seção gradativamente crescente, realiza uma contínua e progressiva diminuição da velocidade do 
líquido que por ele escoa, com o simultâneo aumento da pressão, de modo a que esta tenha valor 
elevado e a velocidade seja reduzida na ligação da bomba ao encanamento de recalque. Ainda 
assim, coloca-se uma peça troncônica na saída da bomba, para reduzir ainda mais a velocidade na 
tubulação de recalque, quando isso for necessário. 
Dependendo do tipo de turbobomba, o difusor pode ser 
—de tubo reto troncônico, nas bombas axiais. 
—de caixa com forma de caracol ou voluta, nos demais tipos de bomba, chamado neste caso 
simplesmente de coletor ou caracol. 
Entre a saída do rotor e o caracol, em certas bombas, colocam-se palhetas devidamente 
orientadas, as "pás guias" para que o líquido que sai do rotor seja conduzido ao coletor com 
velocidade, direção e sentido tais que a transformação da energia cinética em energia potencial de 
pressão se processe com um mínimo de perdas por atrito ou turbulências. Muitos fabricantes 
europeus usam o difusor de pás, enquanto os americanos, em geral, preferem o difusor-coletor em 
caracol, sem pás. Nas bombas de múltiplos estágios as pás guias ou diretrizes são necessárias. 
 16
 
2.3.4. Classificação das turbobombas 
 
Há varias maneiras de fazer a classificação das turbobombas. Vejamos as principais: 
 
2.3.4.1. Classificação segundo a trajetória do fluido no rotor 
 
• Bomba centrífuga pura ou radial 
 
O líquido penetra no rotor paralelamente ao eixo, sendo dirigido pelas pás para a periferia, 
segundo trajetórias contidas em planos normais ao eixo. As trajetórias são, portanto, curvas 
praticamente planas contidas em planos radiais 
As bombas deste tipo possuem pás cilíndricas (simples curvatura), com geratrizes paralelas 
ao eixo de rotação sendo essas pás fixadas a um disco e a umacoroa ou a um disco apenas. Nas 
bombas radiais bem projetadas, a região inicial das pás pode apresentar-se com a forma de 
superfície de dupla curvatura, para melhor atender à transição das trajetórias das partículas liquidas, 
da direção axial para a radial, sem provocar choques (mudanças bruscas no sentido do escoamento) 
nem turbulências excessivas (Flg. 2.3.3). 
 
 
Figura 2.3.3 - Bomba centrífuga rotor fechado 
 
As bombas do tipo radial, pela sua simplicidade, se prestam à fabricação em série, sendo 
generalizada sua construção e estendida sua utilização à grande maioria das instalações comuns de 
água limpa, descargas de 5 a WS I 5-1 e até mais, e para pequenas, médias e grandes alturas de 
elevação. 
Notemos que essas indicações são vagas e algo imprecisas, e que a escolha do tipo de rotor 
dependerá da noção de velocidade específica. Quando se trata de descargas grandes e pequenas 
alturas de elevação, o rendimento das bombas radiais torna-se baixo e o seu custo se eleva em 
virtude das dimensões que assumem suas peças, tornando-se pouco conveniente empregá-las. 
As bombas centrifugas são usadas no bombeamento de água limpa, água do mar, 
condensados, óleos, lixívias, para pressões de até 16 kgf cm2 e temperaturas de até 140°C. 
Existem bombas centrifugas também de voluta, para a industria química e petroquímica, 
refinarias, indústria açucareira, para água quente até 300°C e pressões de até 25 kgf/cm2. E o caso 
das bombas CZ da Sulzer-Weise. As bombas de Processo podem operar com temperaturas de até 
400°C e pressões de até 45 kgf cm2 (ex. bombas MZ da Sulzer-Weise). 
 17
 
• Bomba de fluxo misto ou bomba diagonal 
 
a. Bomba hélico-centrífuga 
Nas bombas deste tipo, o líquido penetra no rotor axialmente; atinge as pás cujo 
bordo de entrada é curvo e inclinado em relação ao eixo; segue uma trajetória que é uma 
curva reversa, pois as pás são de dupla curvatura, e atinge o bordo de saída que é paralelo 
ao eixo ou ligeiramente inclinado em relação a ele. Sai do rotor segundo um plano 
perpendicular ao eixo ou segundo uma trajetória ligeiramente inclinada em relação ao plano 
perpendicular ao eixo. 
A pressão é comunicada pela força centrífuga e pela ação de “sustentação" ou 
“propulsão” das pás. 
 
Figura 2.3.4 - Rotor da bomba hélico-centrifuga 
 
b. Bomba helicoidal ou semi-axial 
Nestas bombas, o líquido atinge o bordo das pás que é curvo e bastante inclinado em 
relação ao eixo a trajetória e uma hélice cônica, reversa, e as pás são superfícies de dupla 
curvatura. O bordo de saída das pás é uma curva bastante inclinada em relação ao eixo. O 
rotor normalmente possui apenas uma base de fixação das pás com a forma de um cone ou 
uma ogiva. As bombas deste tipo prestam-se a grandes descargas e alturas de elevação 
pequenas e médias. Por serem as pás de dupla curvatura, seu projeto é mais complexo e sua 
fabricação apresenta certos problemas de fundição. As bombas hélico-axiais são bombas 
com formato intermediário entre as bombas helicoidais e as axiais (Fig. 2.3.5). 
 
 
 18
Figura 2.3.5 - Bomba hélico-axial 
• Bomba axial ou propulsora 
 
Nestas bombas, as trajetórias das partículas líquidas, pela configuração que assumem as pás 
do rotor e as pás guias, começam paralelamente ao eixo e se transformam em hélices cilíndricas. 
Forma-se uma hélice de vórtice forçado, pois, ao escoamento axial, superpõe-se um vórtice forçado 
pelo movimento das pás. Não são propriamente bombas centrifugas, pois a força centrífuga 
decorrente da rotação das pás não é a responsável pelo aumento da energia da pressão. São 
estudadas e projetadas segundo a teoria da sustentação das asas e da propulsão das hélices ou 
ainda segundo a teoria do vórtice forçado. 
As bombas axiais são empregadas para grandes descargas (até várias dezenas de metros 
cúbicos por segundo) e alturas de elevação desde 40 m. 
Possuem difusor de pás guias, isso é, coletor troncônico com pás guias. O eixo em geral é 
vertical, e por isso são conhecidas como bombas verticais de coluna, porém existem modelos com o 
eixo inclinado Constróem-se bombas axiais com pás inclináveis (passo variável), podendo-se, por 
meio de um mecanismo localizado no interior da ogiva e comandado automaticamente por servo-
mecanismo, dar às pás uma inclinação adequada a cada descarga desejada, para que o rendimento 
sofra pequena variação. 
 
 
Figura 2.3.6 - Rotor de bomba axial 
 
2.3.4.2. Classificação segundo o número de rotores empregados. 
 
Temos dois tipos a considerar: 
 
a. Bomba de simples estágio 
Nela existe apenas um rotor, e, portanto, o fornecimento da energia ao líquido é feito 
em um único estágio (constituído por um rotor e um difusor). 
Teoricamente seria possível projetar-se uma bomba com um estágio para quaisquer 
condições propostas. 
Razões óbvias determinadas pelas dimensões excessivas e correspondente custo 
elevado, além do baixo rendimento, fazem com que os fabricantes não utilizem bombas de 
um estágio para alturas de elevação grandes. Esse limite pode variar de 50 a 100 m, 
conforme a bomba, mas há fabricantes que constróem bombas com um só estágio, para 
alturas bem maiores, usando rotores especais de elevada rotação, como é o caso das 
bombas Sundyne com rotações que vão de 3.600 a 24.700 rpm, usando engrenagens para 
conseguir rotações elevadas. 
 
b. Bombas de múltiplos estágios 
Quando a altura de elevação é grande, faz-se o líquido passar sucessivamente por 
dois ou mais rotores fixados ao mesmo eixo e colocados em uma caixa cuja forma permite 
esse escoamento. 
A passagem do líquido em cada rotor e difusor constitui um estágio na operação de 
bombeamento. O difusor de pás guias fica colocado entre dois rotores consecutivos e então 
denomina-se distribuidor da bomba. As pás do distribuidor são fundidas ou fixadas à carcaça 
ou ainda podem ser adaptáveis à carcaça. O eixo pode ser horizontal ou vertical. 
 19
As bombas de múltiplos estágios são próprias para instalações de alta pressão, pois 
a altura total que a bomba recalca o líquido é, não considerando as perdas, teoricamente 
igual à soma das alturas parciais que seriam alcançadas por meio de cada um dos rotores 
componentes. Existem bombas deste tipo para alimentação de caldeiras com pressões 
superiores a 250 kgf/cm2. Usam-se também para poços profundos de água ou na 
pressurização de poços de petróleo. 
 
Figura 2.3.7 - Bomba de 3 estágios e eixo vertical 
 
2.3.4.3. Classificação segundo o número de entradas para a aspiração 
 
Temos dois tipos a considerar: 
 
• Bomba de aspiração simples ou de entrada unilateral 
 
Neste tipo, a entrada do líquido se faz de um lado e pela abertura circular na coroa do rotor. 
 
• Bomba de aspiração dupla ou entrada bilateral 
 
O rotor é de forma tal que permite receber o líquido por dois sentidos opostos, paralelamente 
ao eixo de rotação. 
O rotor tem uma forma simétrica em relação a um plano normal ao eixo. Equivale 
hidraulicamente a dois rotores simples montados em paralelo e é capaz de elevar, teoricamente, uma 
descarga dupla, da que se obteria com o rotor simples. 
O empuxo longitudinal do eixo, que ocorre nas bombas de entrada unilateral em razão da 
desigualdade de pressão nas faces das coroas do rotor, é praticamente equilibrado nas bombas de 
rotores bilaterais, também chamados “geminados", em virtude da simetria das condições de 
escoamento. Geralmente, o rendimento dessas bombas é muito bom, o que explica seu largo 
emprego para descargas médias. Para permitir a montagem do eixo com o rotor (ou os rotores), a 
carcaça da bomba é “bipartida”, isto é, constituída de duas seções separadas por um plano horizontal 
à meia altura do eixo e aparafusadas uma a outra. 
 
 20
 
2.3.4.4. Classificação segundo o modo pelo qual é obtida a transformação da energia 
cinética em energiade pressão 
 
Essa transformação, se realiza no difusor, de modo que esse critério corresponde à indicação 
dos tipos de difusor. Temos assim: 
a. Bomba de difusor com pás guias ou diretrizes colocadas entre o rotor e o coletor. 
b. Bomba com coletor em forma de caracol ou voluta. 
c. Bomba com difusor axial troncônico, com pás guias. 
Poderíamos ainda classificar as bombas conforme: 
—a velocidade específica, o que faremos oportunamente; 
—a finalidade ou destinação; 
—a posição do eixo; 
—o líquido a ser bombeado, e outros critérios. 
 
 
2.3.5. Funcionamento de uma bomba centrifuga 
 
Para maior facilidade de uma primeira compreensão do funcionamento das turbobombas, 
vamos considerar o tipo mais simples e mais empregado, que é a bomba centrífuga. 
A bomba centrífuga necessita ser previamente enchida com o líquido a bombear, isto é, deve 
ser escorvada. Devido às folgas entre o rotor e o coletor e o restante da carcaça, não pode haver a 
expulsão do ar do corpo da bomba e do tubo de aspiração, de modo a ser criada a rarefação com a 
qual a pressão, atuando no líquido no reservatório de aspiração, venha a ocupar o vazio deixado pelo 
ar expelido e a bomba possa bombear. Ela, portanto, não é auto-aspirante ou auto-escorvante, a não 
ser que se adotem recursos construtivos especiais que veremos. 
Logo que se inicia o movimento do rotor e do líquido contido nos canais formados pelas pás, 
a força centrífuga decorrente deste movimento cria uma zona de maior pressão na periferia do rotor 
e, consequentemente, uma de baixa pressão na sua entrada, produzindo o deslocamento do líquido 
em direção à saída dos canais do rotor e à boca de recalque da bomba. Estabelece-se um gradiente 
hidráulico entre a entrada e a saída da bomba em virtude das pressões nelas reinantes. 
Admitamos que uma tubulação, cheia de líquido contido na bomba, ligue a boca de aspiração 
a um reservatório submetido à pressão atmosférica (ou outra suficiente) e que outra tubulação, nas 
mesmas condições, estabeleça a ligação da boca de recalque a um outro reservatório colocado a 
uma determinada cota onde reine a pressão atmosférica (ou outra pressão qualquer). 
Em virtude da diferença de pressões que se estabelece no interior da bomba ao ter lugar o 
movimento de rotação, a pressão à entrada do rotor torna-se inferior à existente no reservatório de 
captação, dando origem ao escoamento do líquido através do encanamento de aspiração, do 
reservatório inferior para a bomba. 
Simultaneamente, a energia na boca de recalque da bomba, tornando-se superior à pressão 
estática a que está submetida a base da coluna líquida na tubulação de recalque, obriga o líquido a 
escoar para uma cota superior ou local de pressão considerável. 
Estabelece-se então, com a bomba em funcionamento, um trajeto do líquido do reservatório 
inferior para o superior através da tubulação de aspiração, dos canais do rotor e difusor e da 
tubulação de recalque. 
É na passagem pelo rotor que se processa a transformação da energia mecânica nas 
energias de pressão e cinética, que, como vimos, são aquelas que o líquido pode possuir. Saindo do 
rotor, o líquido penetra no difusor, onde parte apreciável de sua energia cinética é transformada em 
energia de pressão, e segue para a tubulação de recalque. 
O nome de bomba centrifuga dado a esse tipo se deve ao fato de ser a força centrífuga a 
responsável pela maior parte da energia que o líquido recebe ao atravessar a bomba. 
 21
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
1] MACINTYRE, Archibald Joseph;. Máquinas Motrizes Hidráulicas. Rio de Janeiro : Editora 
Guanabara AS, 1983. P. 33-63. 
 
2] MACINTYRE, Archibald Joseph; SILVEIRA, Jorge Frederico de Souza da. Máquinas 
Hidráulicas. 1969. P. 23-37. 
 
3] MATTOS, Edson Ezequiel; FALCO, Reinaldo de. Bombas Industriais. 2 ed. Rio de Janeiro : 
McClausen Editora Ltda., 1992. P. 105-113. 
 
4] Bombas e Instalações de Bombeamento. [198-]. P.13-47. 
 
5] Notas de aulas ministradas pelo Prof. Oswaldo Honorato, M.Sc., na disciplina de Máquinas de 
Fluxo, no. 2º semestre de 1997. 
 
6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Referências bibliográficas, NBR 6023. 
Rio de Janeiro : 1989. 
 
7] Sites visitados na Internet: 
Sulzer Hidro em http://www.ips.id.ethz.ch/~roth/turbo/real_gallery.html 
Voith em http://www.voith.de 
Voith Transmissions em http://m7.tamu.edu/turbolab/tcorppg/tc1657.html 
Turbines em http://www.soton.ac.uk/~engenvir/engineering/gizmos/bdirturb.html