BOMBAS HIDRAULICAS

Prévia do material em texto

MÁQUINAS HIDRÁULICAS 
MÁQUINAS HIDRÁULICAS 
Dimensionamento de bombas para explotação de água 
 
O dimensionamento de equipamentos para explotação de água é realizado após definidos os 
parâmetros do poço a ser utilizado, como a sua vazão de produção ou a vazão que se pretende 
utilizar, o seu nível estático, e nível dinâmico para a vazão pretendida. Outro fator necessário é a 
execução de um pequeno projeto de instalação onde devem ser determinados os dados referentes 
a distância do poço ao reservatório, o desnível (altura manométrica), os diâmetros de sucção e 
recalque, os comprimentos dos trechos de tubulação e a definição das conexões necessárias 
(luvas, curvas, registros, etc.). Essas informações permitem o cálculo da altura manométrica 
total, que, conjuntamente com o valor da vazão de projeto, irá determinar o modelo da bomba a 
ser utilizada, através de consulta ao "catálogo do fabricante", que informa também, a curva de 
rendimento da bomba e a potência do motor exigida para o caso específico. 
Escolha o sistema de seu interesse (centrífufa, injetora ou submersa) e calcule a altura 
manométrica total do seu projeto. Com esse dado e com a vazão pretendida, é possível encontrar 
nos diversos fabricantes o modelo ideal para o seu caso específico. Deve ser lembrado que as 
bombas do tipo centrífuga apresentam limitações extremas com relação a profundidade de 
sucção.Consulte as tabelas de perda de carga no final da página 
Bombas centrífugas Bombas injetoras Bombas submersas 
Bombas Centrífugas 
Para cálculo da altura manométrica total em um sistema utilizando bomba 
centrífuga, devem ser considerados os seguintes ítens: 
 
Desnível de sucção, 
Desnível de recalque, 
Perda por atrito nas tubulações de sucção e 
recalque (tabelado), 
Perda por atrito nas conexões (tabelado) e 
Vazão desejada. 
O modelo esquemático abaixo mostra um projeto típico utilizando bomba centrífuga 
e os parâmetros a serem considerados para o cálculo da altura manométrica total. O 
número e tipo de conexões é variável, na prática, para cada situação específica. 
 
AMT = Altura manométrica da sucção (AMS) + Altura manométrica de 
recalque (AMR) 
 
AMS = perdas por atrito na tubulação de sucção + soma das perdas de 
pressão em cada conexão na sucção + altura de sucção (h) 
 
AMR = perdas por atrito na tubulação de recalque + soma das perdas de 
pressão em cada conexão no recalque + altura de recalque (H) 
 
As perdas por atrito em tubulações e conexões são obtidas em tabelas 
específicas para cada diâmetro em particular. 
 
Exemplo de cálculo de uma AMT para um sistema com bomba centrífuga e 
definição do modelo da bomba 
 
Considere o modelo acima como um projeto de implantação de um sistema 
com as seguintes condições: 
Cálculo da Altura Manométrica Total (AMT) OU ALTURA DE ELEVAÇÃO 
Considere o modelo acima como um projeto de implantação de um 
sistema com as seguintes condições: 
 
> Vazão desejada: 35 m3/h 
> Tubulação de sucção: 3" 
> Tubulação de recalque: 2 ½" 
> Altura de recalque (H): 7,7m 
> Altura de sucção (h): 2m 
> Comprimento da tubulação de sucção (a) = 6m 
> Comprimento da tubulação de recalque (A) = 30m 
Cálculo da altura manométrica total de sucção (AMS): 
 
AMS = perdas por atrito na tubulação de sucção + soma das perdas de pressão em 
cada conexão na sucção + altura de sucção (h) 
- comprimento da tubulação de sucção(a) = 6m 
- perda por atrito em 6m de tubulação de 3" (ver tabela) = 5,7% x 6m = 0,34m 
- perdas de pressão em cada conexão na 
sucção 
- perda de pressão em válvula de pé (B) 
de 3" (ver tabela) = 0,80m 
- perda de pressão em curva (D) de 90° 
de 3" (ver tabela) = 0,15m 
- altura de sucção (h) = 2m 
AMS = (0,34m) + (0,80m + 0,15m) + (2m) = 3,29m 
 
 
Perdas de pressão por atrito em tubulação (em metros) 
Perdas de pressão em válvula de pé (em metros) 
Perdas de pressão em curvas de 90º 
Cálculo da altura manométrica total de recalque (AMR): 
 
AMR = perdas por atrito na tubulação de recalque + soma das perdas de 
pressão em cada conexão no recaluqe + altura de recalque (H) 
 
- comprimento da tubulação de recalque (A) = 30m 
- perda por atrito em 30m de tubulação de 2½" (ver tabela) = 16% x 30m = 4,8m 
- perdas de pressão em cada conexão 
no recalque 
- perda de pressão em registro de 
gaveta 2½" (F) (ver tabela) = 0,45m 
- perda de pressão em válvula de 
retenção 2½" (E) (ver tabela) = 0,75m 
- perda de pressão em curva (D) de 90° 
de 2½" (ver tabela) = 0,30m 
- altura de recalque (H) = 7,7m 
AMR = (4,8m) + (0,45m + (0,75m) + (0,3m) + (7,7m) = 14m 
Perdas de pressão em registro de gaveta (em metros) 
1. MÁQUINAS OPERATRIZES: 
 
 Introduzem no líquido em escoamento energia 
de uma fonte externa. 
Transformam energia mecânica fornecida por 
uma fonte (um motor elétrico, por exemplo) em 
energia hidráulica. 
Formas de energia adicionadas: 
pressão e velocidade 
(exemplo: bombas hidráulicas) 
MÁQUINAS HIDRÁULICAS: 
CLASSIFICAÇÃO 
MÁQUINAS HIDRÁULICAS: 
CLASSIFICAÇÃO 
2. MÁQUINAS MOTRIZES: 
 
 Transformam a energia hidráulica que 
o líquido possui em outra forma de energia 
e a transferem para o exterior. 
Exemplos: turbinas, motores hidráulicos, 
rodas d’água; 
MÁQUINAS MOTRIZES 
ESQUEMA DE INSTALAÇÃO HIDRELÉTRICA 
MÁQUINAS HIDRÁULICAS: 
CLASSIFICAÇÃO 
3. MÁQUINAS MISTAS: 
 
 Máquinas que modificam o estado da 
energia que o líquido possui. 
 
Exemplos: ejetores (bombas injetoras) e 
carneiros hidráulicos. 
CARNEIRO HIDRÁULICO 
EQUAÇÃO DO CARNEIRO 
HIDRÁULICO 
Q.Hs. = q.Hr ou Hs. /Hr = q/Q 
Q é a vazão recebida pelo carneiro (l/min); 
q a vazão elevada pelo carneiro (l/min); 
Hs é altura do reservatório de captação de água 
(m); 
Hr é a altura de elevação do carneiro ao 
reservatório superior (m); 
 é o rendimento do carneiro 
RENDIMENTO DO CARNEIRO EM 
FUNÇÃO DA RELAÇÃO Hs/Hr 
QUEDA ELEVAÇÃO PROPORÇÃO RENDIMENTO 
1m 2m 1:2 0,80 
1m 3m 1:3 0,75 
1m 4m 1:4 0,70 
1m 5m 1:5 0,65 
1m 6m 1:6 0,60 
1m 7m 1:7 0,55 
1m 8m 1:8 0,50 
Tabela Carneiro Hidráulico Kenya 
MODELOS 3 4 5 
Necessidade p/ acionamento (l/h) 720 a 1.200 1.200 a 1.800 2.400 a 3.900 
Cano Entrada 1" 1.1/4" 2" 
Cano Recalque 1/2" 1/2" 3/4" 
Peso (Kg) 14 20 34 
Proporção Recalque em litros/hora 
1:3 180-300 300-420 640-950 
1:4 120-210 220-320 440-700 
1:5 100-170 180-270 350-570 
1:6 80-140 150-220 300-480 
1:7 70-120 115-190 245-420 
1:8 60-105 105-170 210-360 
1:9 55-100 90-150 180-320 
1:10 45-85 85-135 150-290 
1:11 40-80 75-120 140-255 
1:12 40-70 70-110 125-255 
1:13 35-65 65-100 110-195 
1:14 30-60 60-95 100-175 
1:15 30-55 55-85 85-155 
1:16 25-50 50-80 80-140 
1:17 20-45 50-75 70-125 
1:18 20-40 45-70 60-110 
1:19 18-40 40-60 55-105 
1:20 15-35 40-55 45-100 
MODELOS 3 4 5 
Necessidade p/ acionamento (l/minuto) 720 a 1.200 1.200 a 1.800 2.400 a 3.900 
Cano Entrada 1" 1.1/4" 2" 
Cano Recalque 1/2" 1/2" 3/4" 
Peso (Kg) 14 20 34 
Proporção Recalque em litros/hora 
CARNEIRO HIDRÁULICO 
DA INSTALAÇÃO 
 
 
 
1. A queda vertical d'água deverá ter no 
mínimo 1,5 metros e no máximo 8 metros; 
 
2. Fixar o Carneiro (ou Aríete) sobre uma base 
firme e nivelada, distante do início da queda 
d'água de no mínimo 10 metros e no 
máximo 50 metros; 
DA INSTALAÇÃO 
 
3. Obrigatoriamente, o cano de entrada deverá 
ser de aço galvanizado, mantido em linhareta 
e sempre em declive desde o início da queda 
até a entrada do carneiro. 
 
4. Jamais se deve permitir a instalação de 
curvas, joelhos ou a formação de 
abaulamentos (voltas) em qualquer sentido, 
para que a força da propulsão gerada pela 
queda d'água atinja sua maior intensidade. 
 
DA INSTALAÇÃO 
 
5. O cano do recalque poderá ser de aço galvanizado, 
ou plástico e TEORICAMENTE poderá ter 
comprimento ilimitado. Porém, o atrito d'água nas 
paredes do cano provoca perdas na força de 
recalque (em média, 100 metros de cano equivalem a 
1 metro de elevação vertical). Por esta razão, quanto 
menos curvas tiver o cano de recalque, melhor será 
o rendimento. 
 
6. Recomendamos colocar a boca do cano de entrada 
no mínimo de 20 a 30 centímetros abaixo do nível 
normal d'água, bem como protegê-la com uma tela 
para evitar a penetração de impurezas. 0 
BOMBAS HIDRÁULICAS 
 BOMBAS HIDRÁULICAS são máquinas motrizes 
que recebem energia potencial de um motor ou 
de uma turbina e transformam parte dessa 
potência em: 
 Energia cinética (movimento) – bombas 
cinéticas 
 Energia de pressão (força) – bombas de 
deslocamento direto 
 As bombas cedem estas duas formas de energia 
ao fluído bombeado, para fazê-lo recircular ou 
para transportá-lo de um ponto a outro. 
1. BOMBAS CINÉTICAS OU DE FLUXO 
 São bombas hidráulicas em que é 
importante o fornecimento de energia à água 
sob forma de energia de velocidade. 
 
 Essa energia converte-se dentro da 
bomba em energia de pressão, permitindo que 
a água atinja posições mais elevadas dentro de 
uma tubulação. 
CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS 
CINÉTICAS 
TIPOS DE BOMBAS CINÉTICAS: 
 
Bombas Centrífugas: Fluxo radial 
 Fluxo misto 
 Fluxo axial 
BOMBA CINÉTICA: 
BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO RADIAL 
CONSIDERAÇÕES 
 Com a facilidade de acesso à 
eletricidade e ao motor elétrico, as bombas 
cinéticas do tipo centrífugas passaram a ser 
preferidas devido ás seguintes razões: 
 maior rendimento; 
 menor custo de instalação, operação e 
manutenção; 
 pequeno espaço exigido para a sua montagem, 
comparativamente com as de pistão. 
2. BOMBAS HIDRÁULICAS DE 
DESLOCAMENTO DIRETO 
 Tem-se principalmente uma ação de 
propulsão que incrementa a energia de 
pressão, alcançando os mesmos objetivos 
das bombas cinéticas. 
 
Tipos: 
a) Movimento alternado (pistão) 
b) Rotativas 
BOMBAS DE DESLOCAMENTO DIRETO: 
FUNCIONAMENTO DO ÊMBOLO OU 
PISTÃO 
 As primeiras 
bombas utilizadas em 
abastecimento de água, 
eram do tipo de 
deslocamento direto, de 
movimento alternado a 
pistão, movimentadas 
por máquinas a vapor. 
BOMBAS DE DESLOCAMENTO 
DIRETO: DIAFRAGMA E PISTÃO 
BOMBAS DE DESLOCAMENTO 
DIRETO: BOMBA CENTRÍFUGA 
MÉTODOS ALTERNATIVOS: CAPTAÇÃO DE 
ÁGUA DE POÇO USANDO DESLOCAMENTO 
DIRETO POR MEIO DE BALDE E MANGUEIRA 
UTILIZAÇÃO DAS BOMBAS 
HIDRÁULICAS 
•Bombas centrífugas: irrigação, drenagem 
e abastecimento. 
•Bombas a injeção de gás: abastecimento a 
partir de poços profundos. 
•Carneiro hidráulico e bombas a pistão: 
abastecimento em propriedades rurais. 
•Bombas rotativas: combate a incêndios e 
abastecimento doméstico. 
3. BOMBAS CENTRÍFUGAS 
 
 As BOMBAS CENTRÍFUGAS tem de 
um propulsor rotativo (rotor) que gira com 
grande velocidade dentro de uma caixa de 
metal, de forma espiral ou cilíndrica, 
denominada “corpo da bomba”. 
BOMBA CENTRÍFUGA EM CORTE 
3. BOMBAS CENTRÍFUGAS: 
TIPOS DE FLUXO 
 O Fluxo da água no interior da bomba 
centrífuga pode tomar diferentes direções, 
o que faz com que sejam classificadas da 
seguinte forma: 
 bombas de fluxo radial; 
 bombas de fluxo axial; 
 bombas de fluxo helicoidal ou misto. 
 A água entra 
pela parte central 
do rotor onde é 
lançada pelas pás 
deste e pela ação 
da força centrífuga, 
para a periferia da 
bomba e, daí, para 
o tubo de elevação. 
3.1. BOMBA CENTRÍFUGA DE 
FLUXO RADIAL 
3.1. BOMBAS CENTRÍFUGAS DE FLUXO 
RADIAL: FUNCIONAMENTO 
 Quando o líquido é 
forçado do centro para a 
periferia, há formação 
de vácuo, que é 
imediatamente 
preenchido pela água 
existente na canalização 
de sucção. 
3.1. BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUXO 
RADIAL: FUNCIONAMENTO 
 A pressão atmosférica local “empurra” a 
água para dentro da canalização de sucção, já 
que em seu interior a pressão é menor, devido 
ao vácuo causado pela ação do rotor. 
 Conclusão: 
 Embora o termo “canalização de 
sucção” seja bastante empregado, é a 
pressão atmosférica que empurra a água para 
dentro da bomba. 
3.2. BOMBA CENTRÍFUGA DE 
FLUXO RADIAL: COMPONENTES 
ROTOR: 
 Elemento rotativo das bombas 
centrífugas; pode ser de ferro fundido, bronze 
ou inox, dependendo das condições de 
emprego. 
 As bombas de fluxo radial podem ter 
rotores do tipo aberto, semi-aberto e 
fechado. 
TIPOS DE ROTORES PARA 
BOMBAS CENTRÍFUGAS 
ROTOR FECHADO 
 O rotor fechado tem 
as pás compreendidas 
entre dois discos 
paralelos, podendo ter 
entrada de um só lado 
(sucção simples) ou de 
ambos os lados. 
 É mais eficiente 
que os outros tipos, 
porém é recomendado 
para água limpa. 
ROTOR ABERTO E SEMI ABERTO 
 O rotor aberto tem pás livres na parte 
frontal e quase livres na parte posterior. 
 No rotor semi-aberto, as pás são fixadas 
de um lado num mesmo disco, ficando o 
outro lado livre. 
 Estes dois tipos de rotores destinam-
se a bombear líquidos viscosos ou sujos 
(com partículas sólidas em suspensão), 
pois dificilmente são obstruídos. 
DETALHE DE ROTOR ABERTO 
3.3. COMPONENTES: 
CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA 
 Feita geralmente em ferro fundido abriga o 
rotor em seu interior. 
 As carcaças das bombas de escoamento 
radial podem se apresentar como CARACOL 
(voluta ou espiral) ou turbina (circular) e para as 
bombas de escoamento axial e misto, o formato é 
geralmente cilíndrico. 
3.3. CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA 
3.3. CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA 
 As carcaças em forma de CARACOL são 
projetadas para que a vazão de escoamento em 
torno da periferia do rotor seja constante e para 
reduzir a velocidade da água ao entrar na 
canalização de recalque. 
 Nas bombas do tipo turbina os rotores são 
rodeados por palhetas guia que reduzem a 
velocidade da água e transformam a altura 
cinética (velocidade) em altura piezométrica 
(pressão). 
3.4. BOMBAS HIDRÁULICAS: 
OUTROS COMPONENTES 
 Eixo; 
 Mancais ou rolamentos; 
 Selo mecânico: função 
de vedação. 
 Gaxetas: anéis de 
amianto com a função de 
impedir vazamentos ou 
entrada de ar. Deve 
gotejar 2 a 6 gotas por 
minuto; 
SELO MECÂNICO 
Tubulação de sucção: 
Une a fonte de captação (rio, represa etc.) à 
entrada da bomba. 
 
 Tubulação de recalque: 
Une a saída da bomba ao objetivo final do 
bombeamento (reservatório, aspersor, etc.). 
3.5. TUBULAÇÕES, ÓRGÃOS E 
DISPOSITIVOS AUXILIARES 
3.5. TUBULAÇÕES, ÓRGÃOS E 
DISPOSITIVOS AUXILIARES 
Órgãos acessórios da sucção: 
Filtro ou crivo; 
Válvula de pé; 
Ampliação concêntrica; 
Tubo de sucção; 
Curva de raio longo; 
Redução excêntrica; 
Vacuômetro. 
3.5.1. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS 
AUXILIARES DA SUCÇÃO 
 Crivo ou filtro: Tem por finalidade evitar a 
entrada de corpos estranhos na bomba (folhas, 
galhos etc.). Deve ter uma área útil de passagem 3 a 
4 vezes maior que a área da tubulação de sucção. 
Necessita de limpezas periódicas. 
 Válvula de pé: É uma peça conectada na 
extremidade datubulação de sucção em instalações 
de bombas não afogadas. Assegura passagem de 
água somente no sentido poço-bomba. Com isso, 
mantém a tubulação de sucção sempre cheia de 
água. Impurezas podem mantê-las abertas. Devem 
ter 2 ½ vezes a seção do tubo. 
VÁLVULA DE PÉ COM FILTRO 
3.5.1. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS 
AUXILIARES DA SUCÇÃO 
 Redução concêntrica. 
 Tubo de sucção. 
 Curva de grande raio: o raio deve ser grande para 
diminuir as perdas de carga. 
 Redução excêntrica: a redução do diâmetro na 
entrada da bomba deve ser excêntrica para evitar 
acumulação de ar. 
 Vacuômetro: indica a pressão negativa (ou vácuo 
parcial) na entrada da bomba. Os valores são 
apresentados em Kg/cm2 ou em PSI. 
REDUÇÃO EXCÊNTRICA E 
REDUÇÃO CONCÊNTRICA 
Órgãos acessórios do recalque: 
•Manômetro; 
•Ampliação concêntrica; 
•Válvula de retenção; 
•Registro de gaveta; 
•Tubo de descarga ou saída; 
•Curva de raio longo; 
•Dispositivo para escorva. 
3.5.2. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS 
AUXILIARES DO RECALQUE 
3.5.2. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS 
AUXILIARES DO RECALQUE 
 Manômetro: indica a pressão na saída da 
bomba. Tem o significado da carga positiva 
conferida pela bomba à água, observada no ponto 
de medição. 
 Ampliação concêntrica: estabelece a ligação 
entre a saída da bomba e a tubulação de recalque. 
 Registro de gaveta: colocado na tubulação 
de recalque, logo após a válvula de retenção. 
3.5.2. ÓRGÃOS E DISPOSITIVOS 
AUXILIARES DO RECALQUE 
 Válvula de retenção: destinada a manter o 
fluxo numa só direção, é instalada na linha de 
recalque para evitar que numa inesperada 
paralisação do bombeamento, a água retorne 
com grande impacto (golpe de aríete) e atue 
diretamente contra a bomba. 
 São peças robustas fabricadas em ferro 
fundido ou aço e de dimensões avantajadas. 
 Tubulação de recalque. 
 Curva de raio longo. 
VÁLVULA DE RETENÇÃO 
3.6. OUTRAS CONSIDERAÇÕES 
Canalizações de casas de bomba: Em pvc ou 
ferro fundido com juntas roscáveis ou tipo 
flange. Para diâmetros maiores, usam-se tubos 
de aço, mais leves e resistentes à pressão. Em 
alguns casos usa-se mangueiras de borracha 
na sucção ou bombas submersas; 
OBS.: O diâmetro da canalização é 
geralmente maior que os diâmetros de entrada 
e saída da bomba. São dimensionados para 
provocar pequenas perdas de carga e 
trabalhar com velocidades baixas.