Bombeamento de líquidos e movimentação de gases

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ – UNIOESTE 
CENTRO DE ENGENHARIA E CIENCIAS EXATAS – CECE 
ENGENHARIA QUIMICA – 4a SÉRIE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BOMBEAMENTO DE LÍQUIDOS E MOVIMENTAÇÃO DE GASES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TOLEDO – PR 
2014 
 
Maycon Vinícius de Senna Ribeiro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BOMBEAMENTO DE LÍQUIDOS E MOVIMENTAÇÃO DE GASES 
 
Trabalho acadêmico apresentado à 
disciplina de Processos da Indústria 
Química em cumprimento parcial aos 
requisitos para obtenção do título de 
graduação em Engenharia Química na 
Universidade Estadual do Oeste do 
Paraná Campus de Toledo. 
 
Docente: Tatiana Rodrigues da Silva Baumgartner 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TOLEDO – PR 
2014 
3 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Quando trata-se da indústria como um todo, o profissional responsável deve 
ter conhecimento do processo envolvido, de suas etapas e da correta aplicação 
dos equipamentos no mesmo, de fomo a facilitar, aprimorar e otimizá-lo de modo 
a ter o maior lucro possível. Os processos químicos são constituídos de 
procedimentos e etapas muito diferentes, que possuem princípios e 
características dependendo da matéria-prima processada. Cada uma dessas 
etapas deve ser investigada individualmente, entendendo o funcionamento das 
mesmas para a devida escolha e dimensionamento dos equipamentos 
envolvidos. 
Operações mecânicas de forma geral, são classificadas de acordo com o 
estado de cada substância envolvida: 
 Operações com sólidos: Fragmentação, Transporte, Peneiramento, 
Mistura e Armazenamento; 
 Operações com fluidos: Escoamento de fluidos, Bombeamento de 
líquidos, movimentação e compressão de gases, Mistura e Agitação 
de Líquidos; 
 Operações com sólidos e fluidos: Fluidização de sólidos e separações 
mecânicas (sólido-sólido, líquido-sólido, sólido-gás, líquido-gás, 
líquido-líquido). 
Neste trabalho daremos foco no escoamento de fluidos, envolvendo o 
bombeamento de líquidos e a movimentação de gases. De uma maneira geral 
formularemos quais os critérios envolvidos na seleção dos equipamentos e os 
mais utilizados na indústria química. 
 
2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
 
Para entender o escoamento de fluidos, faremos uma breve conceituação de 
suas propriedades e características. A diferença fundamental de um líquido e um 
gás e um sólido consiste na sua estrutura molecular, de modo que as moléculas 
estão sujeitas a menos forças atrativas, com um certo grau de liberdade. Não 
entraremos nas reais definições de fluido, pois segundo a Reologia existem 
várias substâncias sólidas onde seu comportamento é fluidodinâmico. Aqui 
abordaremos apenas os líquidos e os gases (vapores). 
 Líquido: apesar de não possuir um formato próprio, apresentam um 
volume próprio, isto implica que podem apresentar uma superfície livre. 
 Gases e vapores: além de apresentarem forças de atração desprezíveis, 
não apresentarem formato nem volume próprio, ocupam todo o volume a 
eles oferecidos. 
Os gases e líquidos devem possuir propriedades conhecidas, para que aja o 
correto dimensionamento de um equipamento envolvido. Viscosidade, efeitos de 
temperatura, pressão, mudanças de fase são alguns exemplos. 
 
2.1. Viscosidade 
A viscosidade de um líquido ou um gás é, em uma linguagem mais coloquial, 
a medida de quanto ele gruda. É a propriedade associada à resistência que o 
fluido oferece a deformação por cisalhamento. De outra maneira pode-se dizer 
que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos devido basicamente 
a interações intermoleculares, sendo em geral função da temperatura. É 
comumente percebida pela “grossura”, ou resistência ao despejamento. 
Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluido e deve ser 
pensada como a medida do atrito do fluido. Assim, a água é “fina”, tendo uma 
baixa viscosidade, enquanto o oléo vegetal é “grosso”, tendo uma alta 
viscosidade. 
Para fluidos que se movem através de tubos, a viscosidade leva a uma força 
resistiva. Esta resistência pode ser imaginada como uma força de atrito agindo 
entre as partes de um fluido que estão se movendo a velocidades diferentes. O 
5 
 
fluido muito perto das paredes do tubo, por exemplo, se move muito mais 
lentamente do que o fluido no centro do mesmo. 
O fluido em um tubo sofre forças de atrito. Existe atrito com as paredes do 
tubo, e com o próprio fluido, convertendo parte da energia cinética em calor. As 
forças de atrito que impedem as diferentes camadas do fluido de escorregar 
entre si são chamadas de viscosidade. A viscosidade é uma medida da 
resistência de movimento do fluido. 
 
Figura 1 – Escoamento em um tubo, com pequena e grande 
viscosidade. 
É interessante compreender que a viscosidade depende da temperatura, e 
que para líquidos ela diminui com o aumento da temperatura e para gases 
aumenta. 
Os conceitos de lei da viscosidade de Newton são muito usados, além dos 
cálculos de turbulência pelo número de Reynolds. Nesse trabalho, não serão 
abordados profundamente. 
A partir daqui, serão abordados os equipamentos mais utilizados nesses tipos 
de escoamento na indústria química. Tubulações e equipamentos mais comuns 
para cada tipo de processo serão descritos a seguir. 
 
3. BOMBEAMENTO DE LÍQUIDOS 
 
Para deslocar líquidos de um local a outro, em determinadas condições, é 
necessária a utilização de algum equipamento que forneça energia ao fluido para 
que ele alcance o local desejado em determinada vazão ou pressão. O 
equipamento mais conhecido para esses fins é a bomba. 
As bombas são máquinas geratrizes, isto é, recebem trabalho mecânico e o 
transformam em energia. São máquinas que realizam trabalho sobre um fluido 
líquido com a finalidade de deslocá-lo. Um sistema de bombeamento é um 
sistema de escoamento líquido incorporando uma bomba. 
 
Figura 2 – Esquema de um sistema de bombeamento. 
A classificação básica das bombas são dispostas nas Tabelas 1 e 2, onde 
resumidamente encontram-se as características das mesmas. 
Tabela 1 – Classificação geral de bombas. 
Turbobombas Centrífuga pura ou radial 
Axial 
Diagonais ou de fluxo misto 
Deslocamento 
positivo ou 
volumétricas 
Rotativas Um só 
rotor 
Palhetas 
Pistão rotativo 
Elemento flexível 
Parafuso 
Múltiplos 
rotores 
Engrenagem 
Lobos 
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Parafusos 
Alternativas Diafragma Simplex ou duplex Operado 
por fluido 
ação 
mecânica 
Pistão ou 
êmbolo 
Duplo 
efeito 
Simplex Acionada 
por vapor 
Simples 
efeito 
Simplex 
Duplex 
Triplex 
Multiplex 
Acionada 
por 
motores 
de 
combustão 
interna ou 
elétricos 
Dessa mesma forma as bombas também podem ser classificadas quanto: 
Tabela 2 – Classificação de bombas quanto às outras características. 
Trajetória do líquido no 
rotor 
Centrífuga pura ou radial 
Fluxo misto ou diagonal Hélico-centrífuga 
Helicoidal 
Axial ou propulsora 
Número de rotores 
empregados 
Simples estágio 
Múltiplo estágio 
Número de entradas 
para aspiração 
Aspiração simples ou entrada unilateral 
Aspiração dupla ou entrada bilateral 
Transformação da 
energia cinética em 
energia de pressão 
Difusor com pás guias entre o rotor e o coletor 
Coletor em forma de caracol ou voluta 
Difusor axial troncônico, com pás guias 
Velocidade específica Centrífugas puras 
De fluxo misto 
Axiais 
 
 
 
3.1. Bombas de deslocamento positivo 
As bombas de deslocamento positivo impelem uma quantidade definida de fluidoem cada golpe ou volta do dispositivo. Uma porção de fluido é presa numa 
câmara, e pela ação de um pistão ou peças rotativas é impulsionado para fora. 
Desse modo, a energia do elemento rotativo ou pistão é transferida para o fluido. 
A característica principal dessa classe de bombas é que uma partícula líquida 
em contato com o órgão que transfere a energia tem aproximadamente a mesma 
trajetória que a do ponto do órgão com o qual está em contato. As bombas 
alternativas podem ter escoamento intermitente (alternativas) ou escoamento 
contínuo (rotativas). 
 
Figura 3 – Bomba rotativa de lóbulos. 
3.2. Turbobombas 
As turbobombas são bombas caracterizadas por possuírem um órgão 
rotatório dotado de pás, chamado de rotor, que comunica aceleração à massa 
líquida, transformando a energia mecânica que recebe de uma fonte externa de 
energia (motor elétrico, por exemplo), em energia cinética. 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 turbobombas são as bombas mais usadas na indústria química, por terem 
um modelo simplificado, pequeno custo, manutenção barata e flexível para 
aplicação (ampla faixa de pressão e vazão). Possuem como vantagem sua 
simplicidade de projeto e construção, ocupam pouco espaço, possuem um peso 
9 
 
reduzido comparado às bombas de deslocamento positivo; possuem fácil 
controle de descarga e poucas partes móveis. 
 
Figura 4 – Esquema de uma bomba centrífuga. 
 
3.3. Seleção e especificação de bombas 
Para a correta seleção da bomba em um sistema temos que levar em conta 
três fatores importantes: 
 Vazão (quantidade de líquido a bombear): determina o tamanho e o 
número de bombas; 
 Carga a ser vencida (energia necessária fornecida pela bomba para 
vencer o deslocamento); 
 Natureza do fluido (viscosidade, corrosividade, presença de sólidos em 
suspensão). 
Para isso temos as seguintes tabelas: 
Tabela 3 – Seleção e características de bombas centrífugas. 
 Padrão 
(escoamento 
radial) 
Turbina 
(escoamento 
misto) 
Rotor helicoidal 
(escoamento 
axial) 
Carga (ou 
pressão de 
descarga) 
Elevada; em 
estágio simples 
até 600 ft; 
Intermediária até 
200 ft 
Baixa até 60 ft 
multiestágio até 
6000 ft 
Capacidade (ou 
vazão fornecida) 
Baixa 100 gal/min 
até muito alta 
200000 gal/min 
Intermediária até 
16000 gal/min 
Elevada até 
100000 gal/min 
Líquidos com que 
opera 
Sujos ou límpidos Com elevado teor 
de sólidos 
Abrasivos 
Capacidade de 
medição ou de 
controle de vazão 
Não tem Não tem Não tem 
 
Tabela 4 – Seleção e característica de bombas de deslocamento 
positivo. 
 Rotativa (engrenagem 
ou parafuso) 
Alternativa (pistão ou 
êmbolo) 
Carga (ou pressão de 
descarga) 
Intermediária até 600 psi A mais alta possível até 
100000 psi 
Capacidade (ou vazão 
fornecida) 
Baixa 1 gal/min; até 
intermediária 500 
gal/min 
Intermediária até 500 
gal/min 
Líquidos com que opera Até com viscosidade 
elevada; Não abrasivo 
Límpidos, sem sólidos 
Capacidade de medição 
ou de controle de vazão 
Tem Tem 
 
Um sistema de escoamento de líquidos deve possuir as corretas dimensões 
não apenas com a bomba correta mas com a tubulação ideal. As tubulações 
padrões utilizadas em sistemas de escoamento de líquidos serão comentadas 
ao final desse trabalho. 
 
11 
 
4. MOVIMENTAÇÃO DE GASES 
 
As bombas são equipamentos projetados para líquidos, de forma que não 
operam com gases, o que pode causar sérios danos ao equipamento (cavitação). 
Dessa forma, quando trata-se de gases em movimentação é necessário outro 
equipamento que pressurize o gás para que atinja o deslocamento necessário 
na indústria química. No aspecto de pressurização de gases existem três tipos 
de equipamentos mais utilizados: os ventiladores, os sopradores e os 
compressores. 
Os ventiladores provocam pequenos aumentos de pressão (até 0,003 atm ou 
3040 Pa), os sopradores aumentos médios de pressão (até 0,3 atm ou 30400 
Pa) e os compressores provocam elevados aumentos de pressão (de 0,3 atm a 
4000 atm ou 30400 a 405000 Pa). Nesse trabalho daremos mais foco aos 
compressores. 
 
4.1. Ventiladores e sopradores 
Operam a pressões suficientemente baixas, podendo-se desconsiderar a 
compressibilidade dos gases, isto é, os volumes de entrada e saída são 
praticamente iguais; são simplesmente movimentadores de gases. 
Eles podem deslocar grandes volumes com pequeno acréscimo de pressão 
e no caso de sopradores a funcionalidade é de até 95 m³/s. 
 
Figura 5 – Ventilador industrial 
 
Figura 6 – Soprador industrial. 
4.2. Compressores 
Analogamente às bombas, os compressores são divididos em duas 
categorias, os de deslocamento positivo e os centrífugos. Dentre os de 
deslocamento positivo estão os alternativos e rotativos. 
Os compressores são usados em diversos processos na indústria química. 
Uso de ar comprimido, compressão de gases de processo, compressão de 
refrigeração, etc. 
 
Figura 7 – Compressor industrial de diafragma. 
 
 
13 
 
4.3. Compressores na refrigeração industrial 
Os compressores de refrigeração são máquinas desenvolvidas por certos 
fabricantes com vistas a essa aplicação. Operam com fluidos bastante 
específicos e em condições de sucção e descarga pouco variáveis, 
possibilitando a produção em série e até mesmo o fornecimento incluindo todos 
os demais equipamentos do sistema de refrigeração. 
4.4. Ar comprimido 
Os compressores de ar para sistemas industriais destinam-se às centrais 
encarregadas do suprimento de ar em unidades industriais. Embora possam 
chegar a ser máquinas de grande porte e custo aquisitivo e operacional 
elevados, são oferecidos em padrões básicos pelos fabricantes. Isso é possível 
porque as condições de operação dessas máquinas costumam variar pouco de 
um sistema para outro, há exceção talvez da vazão. 
 
4.5. Seleção de compressores 
Para a correta escolha do compressor utilizado em determinado processo, 
determinadas variáveis necessitam ser conhecidas, analogamente às bombas: 
 Temperatura de entrada do gás; 
 Máxima temperatura de saída; 
 Variação de pressão; 
 Vazão; 
 Propriedades do gás (composição, temperatura e pressão críticas, peso 
molecular médio e fatores de compressibilidade); 
 
 
5. TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 
 
Tubos são condutos fechados, destinados principalmente ao transporte de 
fluidos. Todos os tubos são de seção circular, apresentando-se como cilindros 
ocos. A grande maioria dos tubos funciona como condutos forçados, isto é, sem 
superfície livre, com o fluido tomando toda a área da seção transversal. Fazem 
exceção apenas as tubulações de esgoto, e às vezes as de água, que trabalham 
com superfície livre, como canais. 
Chama-se de tubulação a um conjunto de tubos e seus diversos acessórios. 
A necessidade de existência das tubulações decorre principalmente do fato 
de o ponto de geração ou de armazenamento dos fluidos estar, em geral, 
distante do seu ponto de utilização. 
Usam-se tubulações para o transporte de todos os materiais capazes de 
escoar, isto é, todos os fluidos conhecidos, líquidos ou gasosos, assim como 
materiais pastosos e fluidos com sólidos em suspensão, todos em faixa de 
variação de pressões e temperaturas usuais na indústria: desde o vácuo 
absoluto até cerca de 1000 Mpa, e desde o próximo do zero absoluto até as 
temperaturas de metais em fusão. 
A importância das tubulações na indústria é enorme,sendo dos 
equipamentos industriais de uso mais generalizado. O valor da tubulação 
representa, em média, 50 a 70% do valor de todos os equipamentos de uma 
indústria de processo, e 15 a 20% do custo total da instalação. 
Dessa forma, classificamos as tubulações para diversos tipos de 
escoamento, na qual citaremos aqui alguns dos mais utilizados. 
 
5.1. Tubulações para água doce 
A água doce limpa, com reação neutra (pH entre 6 a 10), é um fluido de baixa 
corrosão, para o qual os seguintes materiais podem ser indicados: 
 Tubulações de baixa pressão e temperaturas moderadas (até 1 Mpa e 
60ºC), não enterradas: tubos de 4” de diâmetro, aço carbono galvanizado 
ou ferro maleável galvanizado, com extremidades rosqueadas; para 
ramais e redes de distribuição de pequeno diâmetro podem ser usados 
tubos de PVC, também rosqueados. 
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 Tubulações de baixas pressão e temperatura moderada (até 1 Mpa e 
60ºC), enterradas: tubos de até 2” de diâmetro de PVC com extremidades 
rosqueadas ou tubos de diâmetros de 3” ou maior, de ferro fundido com 
extremidades de ponta e bolsa; e para diâmetros de 20” ou maiores, 
podem ser usados tubos de concreto armado. 
 Tubulações para pressões e temperaturas mais elevadas, não 
enterradas, dentro de instalações industriais, inclusive para alimentação 
de caldeiras: tubos de 11/2” de diâmetro, aço-carbono, com sobre-
espessura para corrosão de 1,2 mm, extremidades lisas; e tubos de 
diâmetro de 2” ou maior, com extremidades para solda de topo. 
 
5.2. Tubulações para hidrocarbonetos 
A corrosividade de dos hidrocarbonetos, e portanto a seleção de materiais 
para tubulações em serviços com hidrocarbonetos, depende fundamentalmente 
da temperatura e da presença de impurezas, principalmente de produtos 
sulfurosos e clorados. 
Os materiais mais usados estão dispostos na Tabela 5. 
Tabela 5 – Materiais empregados nas tubulações de hidrocarbonetos. 
Material Limites de temperatura e sobre-espessuras para corrosão 
Hidrocarbonetos 
com baixo 
enxofre (até 1%) 
Hidrocarbonetos 
com enxofre 
normal (1% a 3%) 
Hidrocarbonetos 
com alto enxofre 
(mais de 3%) 
Aço-carbono 400 ºC – 1,2 mm 350 ºC – 1,2 mm 300 ºC – 3 a 6 mm 
Aço-liga 5 Cr – ½ 
Mo 
540 ºC – 1,2 mm 500 ºC – 1,2 mm 450 ºC – 3 a 6 mm 
 
Observações na escolha das tubulações: 
 Os hidrocarbonetos com presença de cloretos, em temperaturas abaixo 
do ponto de orvalho, são altamente corrosivos devido à possibilidade de 
formação de HCl diluído. Recomenda-se por isso que seja adotado, para 
o aço-carbono, maior sobre-espessura para corrosão, 3 a 4 mm, por 
exemplo. 
 Como todos os hidrocarbonetos são inflamáveis ou combustíveis, na 
maioria dessas tubulações existe risco de incêndio, às vezes em elevado 
grau. Por essa razão, não se podem admitir peças de materiais de baixo 
ponto de fusão (metais não-ferrosos, plásticos, etc.), exceto em pequenas 
tubulações auxiliares e em algumas tubulações enterradas. 
 As tubulações para óleos viscosos têm, em geral, aquecimento e 
isolamento térmico, e as tubulações para óleos quentes devem ter sempre 
isolamento térmico. 
 
5.3. Tubulações para ar comprimido 
O ar comprimido é um fluido de baixa corrosão, para o qual os seguintes 
materiais podem ser recomendados: 
 Tubulações de baixa pressão (até 0,7 MPa): tubos até 4” de diâmetro, de 
aço-carbono galvanizado, com extremidades rosqueadas; e tubos com 
diâmetro de 2”, ou maior, aço-carbono, com sobre-espessura para 
corrosão de 1,2 mm, com extremidades de solda de topo. 
 Tubulações de alta pressão (mais de 0,7 MPa): tubos de aço-carbono, 
com sobre-espessura para corrosão de 1,2 mm, com extremidades para 
solda de encaixe em diâmetros até 1 ½” – 2”, e para solda de topo em 
diâmetros maiores 
Em todas as tubulações de ar comprimido existe o problema da drenagem da 
água proveniente da umidade que se condensa pelo resfriamento do ar, ou que 
se forma quando o fluxo no sistema é interrompido. Por essa razão devem ser 
instalados separadores de água em todos os pontos baixos, antes das válvulas 
de bloqueio e nas extremidades de linhas. Se possível, a água condensada deve 
correr por gravidade para os separadores. 
 
5.4. Tubulações para esgoto e drenagem 
Quase todas as tubulações de esgotos são enterradas, tanto para esgoto 
pluvial como para esgoto sanitário e esgoto industrial; fazem exceções apenas 
pequenos trechos em subsolos e subterrâneos de edifícios. A maior parte dessas 
tubulações funciona sem pressão, como canais, com superfície livre de líquido; 
17 
 
por essa razão devem ter um caimento constante, obedecido o mais 
rigorosamente possível. 
A corrente líquida nas tubulações de esgoto é quase sempre agressiva. Nas 
tubulações de esgoto industrial, além dos líquidos serem corrosivos são ainda 
frequentemente de natureza variável, quanto à composição química, 
concentração, temperatura, condições de corrosão, etc. 
Nas indústrias de processamento de fluidos existem quase sempre redes 
especiais de esgotos para fluidos residuais e também para a drenagem de 
emergência da instalação. Nessas tubulações os fluidos circulantes são os 
próprios fluidos que estão sendo processados. Por essa razão os materiais 
empregados são os mesmos das tubulações de processo, ou seja, tubos de aço-
carbono soldados a topo, na maioria dos casos. Essas tubulações são 
geralmente acima do solo e trabalham com temperaturas e pressões baixas. A 
drenagem de emergência pode ser feita succionando-se com bombas os fluidos 
contidos no sistema (pump-out), ou deixando-se os fluidos serem expulsos pela 
própria pressão do sistema (blow down). 
 
Figura 8 – Tubulações industriais para o transporte de 
hidrocarbonetos. 
 
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
O bombeamento de líquidos e a movimentação de gases depende 
principalmente do material utilizado nos equipamentos e nas tubulações, da 
vazão necessária, da pressão e temperatura dos fluidos circulantes e de suas 
propriedades intrínsecas. 
O correto dimensionamento dos equipamentos fornece um leque amplo de 
equipamentos utilizados, de acordo com o processo requerido. Os sistemas de 
circulação de fluidos necessita de equipamentos específicos para diminuir custos 
com manutenção dos mesmos, e evitar possíveis perdas e diminuição no tempo 
de duração do material. Consumo de energia nas bombas e compressores 
também deve ser otimizado, de forma que as tubulações e os fluidos recebam a 
energia necessária para o deslocamento sem consumos extras ou outras 
necessidades de mudanças de vazão ou estocagem dos fluidos. 
Em processos industriais o conhecimento desses equipamentos é 
imprescindível para a correta manipulação dos diversos processos da indústria 
química. 
 
 
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 Prof. Marcos Moreira – Apostila de bombas – Universidade Estadual do 
Oeste do Paraná (UNIOESTE), Toledo, 2013. 
 Nivaldo Bernardo Ferreira – Utilidades de processos – Ateneu Santista, 
2010. 
 Mc Cabe – Unit Operations of Chemical Engineering – 5th edition, Mc 
Graw-Hill Internation Editions, 1993. 
 Pedro C. Silva Telles – Tubulações Industriais, materiais, projeto e 
desenho – 7ª edição, Livros técnicos e científicos editora, 1994.