Projeto de Sistema Hidráulico

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
MÁQUINAS HIDRÁULICAS 
 
 
 
 
PROJETO DE BOMBEAMENTO 
HIDRÁULICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RECIFE, 2017 
2 
 
SUMÁRIO 
 
1. LISTA DE FIGURAS .................................................................................... 3 
2. LISTA DE TABELAS .................................................................................... 4 
3. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 5 
4. FUNCIONAMENTO DO SISTEMA .............................................................. 6 
4.1 Descrição do Funcionamento ................................................................ 6 
4.1 Planta do Sistema de Bombeamento .................................................... 8 
5. ESCOLHA DA BOMBA .............................................................................. 10 
5.1 Diâmetro da Tubulação ....................................................................... 10 
5.2 Perda de Carga nos Encanamentos ................................................... 12 
5.3 Perda de carga dos equipamentos: .................................................... 15 
5.4 Cálculos da altura manométrica total (H): ........................................... 17 
5.5 Escolha da bomba:.............................................................................. 17 
6. CONCLUSÃO ............................................................................................ 18 
7. REFERÊNCIAS ......................................................................................... 19 
 
 
3 
 
1. LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 - Planta simplificada do sistema ........................................................... 8 
Figura 2 - Gráfico da Sulzer, para escolha dos diâmetros dos encanamentos 10 
Figura 3 - Comprimentos equivalentes a perdas localizadas de aço galvanizado
 ............................................................................ Erro! Indicador não definido. 
Figura 4 - Diagrama para encanamentos de aço galvanizado para água fria
 ............................................................................ Erro! Indicador não definido. 
 
 
4 
 
2. LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 - Itens da planta do sistema ................................................................ 9 
Tabela 2 - Comprimento equivalente de cada item da tubulaçãoErro! Indicador 
não definido. 
 
 
 
5 
 
3. INTRODUÇÃO 
 As bombas hidráulicas são máquinas geratrizes, pois recebem trabalho 
mecânico fornecido por uma fonte externa e o transformam em energia 
hidráulica, proporcionando ao líquido um aumento de pressão e energia cinética. 
Podemos classificar de acordo como é feita a conversão de energia e o meio de 
transferi-la ao fluido. São elas as bombas de deslocamento positivo, as 
turbobombas e as bombas especiais. 
 A transformação de energia cinética em energia de pressão ocorre no 
difusor da bomba, outro componente bastante necessário. Fazendo com que na 
saída da bomba, o líquido consegue escoar com velocidade e pressão 
necessárias para vencer a pressão que se opõe ao seu escoamento. Para 
melhor aproveitar o efeito Bernoulli, o difusor normalmente possui uma seção 
gradativamente crescente, a fim de reduzir a velocidade do líquido e aumentar 
sua pressão. 
 As bombas, têm grande aplicação na indústria, atuando em instalações 
no qual o transporte de líquidos ou sua pressurização são necessários. Sendo 
assim, saber dimensionar e selecionar esse equipamento é uma habilidade 
fundamental para engenheiros. Assim, este presente trabalho possibilita aos 
alunos uma experiência prática no dimensionamento de uma bomba para um 
determinado sistema. 
6 
 
4. FUNCIONAMENTO DO SISTEMA 
4.1 Descrição do Funcionamento 
 Em plataformas de produção, armazenamento e descarregamento de 
petróleo, para manter a qualidade do óleo produzido, faz se necessário o 
aquecimento dos tanques. Devido ao alto volume desses tanques, sistemas de 
aquecimento eficientes precisam ser implantados e pode ser utilizado sistema 
de aquecimento por meio de vapor gerado na plataforma. 
 Este trabalho tem como objetivo a seleção de uma bomba de alimentação 
de água em um sistema de geração de vapor de uma plataforma analisando 
tecnicamente a bomba proposta pelo fornecedor para verificação se ela está 
adequada. 
 Para o aquecimento dos tanques de carga, que possui risco de 
contaminação e precisa-se de vapor a uma menor pressão, foi adicionado um 
gerador de vapor de baixa pressão (LPSG – Low Pressure Steam Generator), 
constituído de um trocador de calor casco e tubo com lado do tubo alimentado 
por vapor à alta pressão e o lado do casco com água de alimentação aquecida 
para produção de vapor à baixa pressão. 
 
Figura 1 - Esquema do LPSG 
7 
 
 Será estudada apenas a bomba do LPSG, pois a bomba para caldeira de 
alta pressão foi definida pelo fabricante da caldeira assim como seus dispositivos 
de controle. 
 O diagrama simplificado abaixo mostra o sistema da bomba em análise: 
 
 
Dados práticos: 
 O fluido do sistema está a 60ºC 
 A vazão requerida é 23m³/h 
 A rugosidade é 0,046mm 
8 
 
4.1 Planta do Sistema de Bombeamento 
 
Figura 2 - Planta simplificada do sistema 
 Os equipamentos e tubulações representadas acima são um croqui 
simplificado do sistema e estão completamente descritos a seguir: 
9 
 
Tabela 1 - Itens da planta do sistema 
Equipamento Descrição 
LPSG Drain Inspection 
Tank 
Tanque de dreno e inspeção (alimentação) 
LPSG Drain Pump Bomba 
Válvula de Controle de 
Nível do LPSG 
Controle de nível para as condições de operação 
LPSG Condensate Cooler 
Nº 1 
Trocador de calor 
LPSG Condensate Cooler 
Nº 2 
Trocador de calor 
LPSG Gerador de vapor de baixa pressão 
P1 
Curva 90 
Válvula Gaveta 
Entrada Tubo 
P2 
Válvula Gaveta 
Curva 90 
P3 
Válvula de Retenção 
Válvula Gaveta 
Curva 90 
P4 Curva 90 
P5 Curva 90 
P6 Curva 90 
P7 Válvula Globo 
P8 
Válvula Globo 
Curva 90 
P9 Válvula Globo 
P10 
Válvula Globo 
Curva 90 
P11 
Válvula Gaveta 
Curva 90 
Saída tubo/Entrada vaso 
 
 
10 
 
5. ESCOLHA DA BOMBA 
5.1 Diâmetro da Tubulação 
 Para reduzir as perdas de cargas nas linhas de aspiração e recalque, a 
escolha da velocidade obedece a indicações baseadas na experiência e em 
critérios de ordem econômica. A Sulzer aconselha, para o bombeamento de 
água, os valores de velocidades que se podem obter através do gráfico abaixo. 
 Traça-se uma linha vertical no gráfico que irá interceptar as retas de 
velocidade correspondente à sucção e ao recalque. A partir do ponto de 
interseção, traça-se uma linha na horizontal que irá fornecer os diâmetros 
internos de sucção e recalque. Os pontos de interseção nos mostram o valor da 
velocidade em cada seção, ou seja, na sucção e no recalque. Logo, temos: 
 
Figura 3 - Gráfico da Sulzer, para escolha dos diâmetros dos encanamentos 
 Abaixo estão listados os valores encontrados pelo gráfico da Sulzer e em 
seguida o tubo comercial que atende as especificações de projeto. Para tal foi 
utilizado o catálogo de Tubos em Aço Carbono Padrão Schedule nº 40 do Grupo 
Feital. Serão utilizados os valores aproximados, levando em conta as limitações 
comerciais e as limitações de dados disponíveis para o tamanho de tubo 
11 
 
escolhido. Consideraremos a vazão na condição de projeto do LPSG de 20ton/h 
ou 23m³/h e ainda 6,39 l/s. 
Para aspiração: 
Diâmetro de aspiração (recomendada) = 78mm ou 3.1/8” 
Velocidade de aspiração
(recomendada) = 1,4m/s 
Mas de acordo com o catálogo teremos: 
Diâmetro de aspiração (real) = 102,26mm ou 4” 
Velocidade de aspiração (real): 
𝑉 =
𝑄
𝐴
=
23𝑚3
ℎ
𝜋(102,26𝑚𝑚)2
2
= 0,78 𝑚/𝑠 
Para recalque: 
Diâmetro de recalque = 70mm ou 2.3/4” 
Velocidade de recalque (recomendada) = 1,52m/s 
Mas de acordo com o catálogo teremos: 
Diâmetro de recalque (real) = 77,92mm ou 3” 
Velocidade de recalque (real): 
𝑉 =
𝑄
𝐴
=
23𝑚3
ℎ
𝜋(77,92𝑚𝑚)2
2
= 1,34 𝑚/𝑠 
 
 
12 
 
5.2 Perda de Carga nos Encanamentos 
 Dado o sistema de bombeamento analisado e conhecido os diâmetros e 
comprimentos das tubulações, podemos analisar as perdas de cargas. A 
bibliografia apresenta a expressão geral da perda de carga válida para qualquer 
líquido em um tubo de seção circular (equação 1.48 do Macintyre): 
𝐽𝑁 = 0,0826 ∙ 𝑓 ∙
𝑄2
𝐷5
∙ 𝑙 
 Onde 𝑓 é o fator de resistência, 𝑄 é a vazão, 𝐷 o diâmetro interno e 𝑙 o 
comprimento da tubulação. 
 O fator de resistência (𝑓) depende do número de Reynolds, pois leva em 
consideração se o escoamento é laminar ou turbulento: 
𝑅𝑒 =
𝐷 ∙ 𝑉
𝑣
 
 Sabendo que 𝑣, a viscosidade cinemática da água a 60ºC é 0,47 
centistokes segundo a tabela 1.1 do Macintyre, e utilizando o ábaco de Moody: 
Tubulação 𝑽 (m/s) 𝑫 (mm) 𝑹𝒆 Regime 
𝜺
𝑫
 𝒇 
P1, P2 0,78 102,26 169.708 Turbulento 0,00045 0,019 
P3 – P11 1,34 77,92 222.155 Turbulento 0,00059 0,018 
 
 Além da perda de energia ocorrida ao longo do encanamento, as peças 
especiais, conexões, válvulas etc. também são responsáveis por perdas de 
energia. Um dos métodos para determinar essas perdas localizadas, utiliza a 
fórmula: 
𝐽𝐿 = 𝐾 ∙
𝑉2
2𝑔
 
 Onde 𝐾 é o coeficiente de de perdas localizadas e 𝑉 é a velocidade. Os 
valores de 𝐾 foram obtidos de acordo com os dados da tabela abaixo, baseada 
em dados obtidos da fonte bibliográfica. 
 
13 
 
Dispositivo K 
Curva 90 0,53 
Válvula Gaveta 0,14 
Válvula Retenção 2,2 
Válvula Globo 6,0 
Entrada do tubo 0,78 
Saída do tubo 1,0 
 
 
Tubo 
𝑫𝑵𝒐𝒎𝒊𝒏𝒂𝒍 
(pol) 
𝒍 (m) Acessório 
𝑲 
(u) 
Qtde. 
𝑲 
(t) 
P1 4 3 
Curva 90 0,53 1 
1,45 Válvula Gaveta 0,14 1 
Entrada tubo 0,78 1 
P2 4 2 
Válvula Gaveta 0,14 1 
1,73 
Curva 90 0,53 3 
P3 3 2 
Válvula de 
Retenção 
2,2 1 
3,4 
Válvula Gaveta 0,14 1 
Curva 90 0,53 2 
P4 3 3 Curva 90 0,53 1 0,53 
P5 3 8,3 Curva 90 0,53 1 0,53 
P6 3 18 Curva 90 0,53 1 0,53 
P7 3 2 Válvula Globo 6,0 2 12 
P8 3 2 
Válvula Globo 6,0 1 
7,06 
Curva 90 0,53 2 
P9 3 2 Válvula Globo 6,0 2 12 
P10 3 2 
Válvula Globo 6,0 1 
7,06 
Curva 90 0,53 2 
P11 3 4 
Válvula Gaveta 0,14 1 
2,2 Curva 90 0,53 2 
Saída tubo 1,0 1 
14 
 
 Em mão das tabelas expostas nesse tópico e das equações para 𝐽𝑁 e 𝐽𝐿, 
podemos calcular a perda de carga em cada trecho da tubulação, substituindo 
os valores como no exemplo abaixo: 
Para P1 e P2: 
 𝑓 = 0,019 
 𝐷 = 102,26𝑚𝑚 
 𝑉 = 0,78𝑚/𝑠 
𝐽𝑁 = 0,0826 ∙ 𝑓 ∙
𝑄2
𝐷5
∙ 𝑙 = 0,0826 ∙ 0,019 ∙ (
23𝑚3
ℎ
)
2
∙
𝑙
(102,26𝑚𝑚)5
 
𝐽𝑁 = 𝑙 ∙ 5,73 ∙ 10
−3 
 Logo, para cada tubo, basta multiplicar pelo seu comprimento (tabela X) 
e se obterá as perdas normais para o mesmo. 
𝐽𝐿 = 𝐾 ∙
𝑉2
2𝑔
= 𝐾 ∙ (
0,78𝑚
𝑠
)
2
∙
1
2 ∙
9,8𝑚
𝑠2
 
𝐽𝐿 = 𝐾 ∙ 0,031 
 Da mesma forma, basta multiplicar pelo coeficiente 𝐾 (tabela Y) para obter 
as perdas localizadas em cada tubo. 
Para P3 – P11: 
 𝑓 = 0,018 
 𝐷 = 77,92𝑚𝑚 
 𝑉 = 1,34𝑚/𝑠 
𝐽𝑁 = 0,0826 ∙ 𝑓 ∙
𝑄2
𝐷5
∙ 𝑙 = 0,0826 ∙ 0,018 ∙ (
23𝑚3
ℎ
)
2
∙
𝑙
(77,92𝑚𝑚)5
 
𝐽𝑁 = 𝑙 ∙ 2,11 ∙ 10
−2 
𝐽𝐿 = 𝐾 ∙
𝑉2
2𝑔
= 𝐾 ∙ (
1,34𝑚
𝑠
)
2
∙
1
2 ∙
9,8𝑚
𝑠2
 
𝐽𝐿 = 𝐾 ∙ 0,092 
15 
 
 Executando o procedimento para todos os tubos: 
Tubo 𝑱𝑵 𝑱𝑳 
P1 0,017 0,045 
P2 0,011 0,054 
P3 0,042 0,313 
P4 0,063 0,049 
P5 0,175 0,049 
P6 0,38 0,049 
P7 0,042 1,104 
P8 0,042 0,650 
P9 0,042 1,104 
P10 0,042 0,650 
P11 0,084 0,202 
Total 0,94 4,269 
 
5.3 Perda de carga dos equipamentos: 
Para encontrarmos as perdas de cargas dos equipamentos foi preciso 
pesquisarmos alguns equipamentos que atendam às necessidades do projeto. Assim, 
o trocador de calor encontrado foi da marca Carrier modelo 30 e a válvula de controle 
de 3’’. 
 
Ao observar o gráfico, a uma vazão de 23m³/h, optamos por usar a perda de carga 
no trocador de calor, segundo o modelo 30, de 3 mCA. 
Figura 4: Gráfico para perda de carga em condensadores da Carrier. 
16 
 
Dessa forma, a perda de carga para uma válvula de controle com 3’’ não está 
mostrada no gráfico porem é menor que 1mCA, sendo assim, vamos usar a sua perda 
de carga como 1mCA. 
 
Os equipamentos no sistema que influenciam no cálculo da bomba são descritos 
abaixo. 
 
Equipamento Temperatura (c) Elevação a 
partir da base 
(m) 
Pressão 
LPSG Drain 
Inspection Tank 
60 10,9 0 (Atmosférico) 
LPSG Drain Pump 60 10,9 Head 
Válvula de controle 
de Nível do LPSG 
60 19,2 1 mCA (perda de carga) 
LPSG Condensate 
Cooler (No1) 
60(entrada) ~ 
119(saída) 
20 3 mCA (perda de carga) 
LPSG Condensate 
Cooler (No2) 
119(entrada) ~ 
180(saída) 
23 3 mCA (perda de carga) 
LPSG 180(entrada) 
~184 (saída) 
24 1150 KPa (Projeto) 
 
Logo a perda de carga total dos equipamentos é 𝐽𝑒 = 3 + 3 + 1 = 7𝑚𝐶𝐴. 
Figura 5 Gráfico de perda de carga de válvulas de controle. 
17 
 
5.4 Cálculos da altura manométrica total (H): 
Sabemos que: 
𝐻 =
𝑃𝑑 + 𝑃𝑠
γ
+ ℎ𝑟 − ℎ𝑎 + 𝐽𝑛 + 𝐽𝑙 + 𝑗𝑒 
Onde: 
𝑃𝑑 = Pressão manométrica de recalque = 1150 KPa 
𝑃𝑠 = Pressão manométrica de aspiração = 0 Pa 
hr = Altura estática de recalque = 24m – 10,9m = 13,1m 
ha = Altura estática de aspiração = 0 
𝛾 = Peso especifico na temperatura de bombeamento – 9653 N/m³ 
j𝑒 = Perda de carga dos equipamentos – 7 mCA 
 O que essa formula nos diz é que a altura manométrica total é a soma da pressão 
manométrica (em metros de coluna d’agua), com as pressões estáticas de recalque e 
as perdas de cargas. Uma bomba precisa ter um superar essa pressão da altura 
manométrica total para conseguir recalcar um fluido. 
 Logo: 
 𝐻 =
1150000
9653
+ 13,1 − 0 + 4,269 + 0,94 + 7 = 144,4 𝑚 
 O projeto original encontra um valor para a altura manométrica total de 
143,6 m, ou seja, obtemos valores próximos. 
5.5 Escolha da bomba: 
Para escolher a bomba vamos precisar de uma que opere a uma vazão 
de 23 m³/h e 144,4 mCA. O projeto usa uma bomba japonesa que possui 
um ponto de operação próximo a vazão de 23 m³/h e altura manométrica 
de 145 mCA. A bomba é Shinko do modelo SHQ65. 
 
18 
 
 
6. CONCLUSÃO 
A bomba Shinko escolhida para usar no projeto atende as necessidades 
sistema, segundo nossos cálculos. Além disso, este trabalho propiciou uma 
excelente oportunidade aos alunos de desenvolverem habilidades de 
dimensionamento e seleção de bombas para uma instalação industrial. Desta 
forma, os alunos desenvolveram novos conhecimentos através de uma 
abordagem prática, aplicando as teorias aprendidas em sala de aula em um 
problema realista. 
 
19 
 
7. REFERÊNCIAS 
 
1. Cálculos de perda de carga para seleção de uma bomba de 
alimentação de água de um gerador de vapor em uma unidade FPSO. 
Rodrigo Pumar Alves de Souza. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola 
Politécnica, 2015. 
2. Equipamentos industriais e de processo. Archibald Joseph Macintyre 
– Rio de Janeiro: LTC, 2011. 
3. Catálogo de Tubos GRUPO FEITAL:
TUBOS EM AÇO CARBONO PADRÃO SCHEDULE 
http://www.feital.com.br/produtos/tubos-em-aco-carbono-padrao-
schedule-com-ou-sem-costura/