Capítulo 3 Item 3.1 2017

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UNIFEI-IEM EME705: MÁQUINAS DE FLUXO I Capítulo 3: Elementos Hidromecânicos e Elementos Cinemáticos 1 
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Waldir de Oliveira 
 
Capítulo 3 
 
ELEMENTOS HIDROMECÂNICOS E ELEMENTOS CINEMÁTICOS 
 
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3.1 ELEMENTOS HIDROMECÂNICOS 
 
 
 Em princípio, todos os elementos que compõem uma 
MF têm sua importância para o bom desempenho da má-
quina. Para efeito didático, em geral, esses elementos são 
divididos em elementos hidráulicos, elementos mecânicos, 
elementos de vedação, elementos que suportam a MF, ele-
mentos de lubrificação, elementos de resfriamento e ele-
mentos de transmissão. 
 Neste item, serão descritos apenas os elementos hidráu-
licos principais e alguns elementos mecânicos e de vedação 
que compõem a MF. Por convenção, todos os elementos da 
MF hidráulica em contato direto com o fluido de trabalho 
(fluido operado pela máquina de fluxo) são denominados de 
elementos hidromecânicos. A ênfase será dada às finalida-
des principal e secundária desses elementos. 
 
 
3.1.1 ELEMENTOS HIDROMECÂNICOS DE 
 TURBINAS HIDRÁULICAS 
Veja as Figuras 1, 4, 5, 6, 7 e 8 da Norma NBR 6445/1987. 
 
 Em geral, uma turbina hidráulica de reação tem os se-
guintes elementos hidromecânicos principais (veja, por e-
xemplo, as Figuras 1.23 e 1.24 da “Coletânea de Desenhos 
sobre Máquinas de Fluxo”): caixa espiral, pré-
distribuidor, distribuidor, rotor e tubo de sucção. 
 O pré-distribuidor e o distribuidor constituem o chama-
do “sistema fixo de palhetas” . A finalidade principal desse 
sistema é operar Ep→Ec. 
 O rotor constitui o chamado “sistema móvel de pás”. A 
finalidade principal do rotor é operar Ep→Ec→T. 
Observação: A turbina Pelton e a turbina Turgo (turbina de 
jato inclinado) são as únicas MF onde o rotor não opera Ep, 
ou seja, o rotor opera Ec→T (veja as Figuras 9 e 10 da 
Norma NBR 6445/1987). 
 De um modo geral, o percurso de água em uma central 
hidráulica é o seguinte (veja, por exemplo, as Figuras 1.23 e 
1.24 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”: 
o escoamento de água, vindo da represa, através do conduto 
forçado, entra na turbina pela caixa espiral, que transforma 
o escoamento retilíneo na sua entrada em um escoamento 
espiralado no seu interior. Após sair da caixa espiral, o es-
coamento passa através do pré-distribuidor e, em seguida, 
pelo distribuidor que controla a vazão de água para o rotor. 
No rotor, a energia mecânica do escoamento de água (ener-
gia hidráulica) é convertida em energia mecânica no eixo da 
turbina. O escoamento deixa o rotor e entra no tubo de suc-
ção que recupera grande parte da energia cinética que sai do 
rotor, transformando essa energia em energia de pressão. O 
escoamento de água é então desacelerado no tubo de suc-
ção, saindo da turbina em direção ao canal de fuga. 
 
Caixa Espiral (Caracol, carcaça ou voluta) 
 A finalidade principal é distribuir uniformemente a água 
por toda a periferia externa do rotor através do pré-
distribuidor e do distribuidor. 
 A caixa espiral é projetada de tal forma que garanta va-
zões parciais iguais em todos os canais formados pelas pa-
lhetas diretrizes do distribuidor. Para isso, a sua seção 
transversal é gradativamente decrescente no sentido do es-
coamento. O projeto da caixa espiral está intimamente liga-
do com os do pré-distribuidor e do distribuidor. O rendi-
mento do distribuidor, de importância decisiva para o ren-
dimento da turbina, depende substancialmente da magnitu-
de e da direção da velocidade da água proveniente da caixa 
espiral. A caixa espiral não transfere energia ao fluido (á-
gua), mas simplesmente converte energia; isto é aumenta a 
velocidade da água diminuindo sua pressão. 
 
Pré-distribuidor 
 A finalidade principal é contribuir para a integridade 
estrutural da turbina. O pré-distribuidor, composto de um 
certo número de palhetas fixas (aletas fixas), constitui uma 
estrutura complexa, altamente carregada que transmite à 
estrutura de concreto de turbinas de médias e grandes po-
tências os esforços e vibrações da turbina e, além disso, 
serve de alojamento para as partes internas da turbina, de 
modo que as suas deformações devem ser consideradas no 
projeto desses componentes. Sobre o pré-distribuidor atuam 
esforços da ligação com a caixa espiral, da tampa da turbina 
e do aro de saída (aro da câmara do rotor), além dos esfor-
ços da pressão da água nas partes internas, e deve, portanto, 
ser dimensionado para suportar adequadamente todos os 
esforços, mantendo deformações dentro de limites aceitá-
veis. À elevada rigidez do pré-distribuidor, deve-se associar 
formas hidrodinâmicas adequadas, de modo que o rendi-
mento hidráulico da turbina Francis não seja prejudicado. A 
largura do pré-distribuidor, especificamente das suas palhe-
tas fixas, pode ser variável ou constante. Atualmente, são 
construídos pré-distribuidores com palhetas fixas de largura 
constante do tipo Piquet (veja a Fig. 8.73, página 190, da 
Referência 2 da Bibliografia Auxiliar). 
 
Distribuidor 
 Outras finalidades do distribuidor são: (1) distribuir e 
direcionar o escoamento de água uniformemente para a 
periferia externa do rotor e (2) regular a vazão de água para 
o rotor e, em conseqüência, regular a potência hidráulica; 
portanto, o distribuidor regula a potência de eixo da turbina 
para atender a demanda de energia (elétrica para a geração 
de eletricidade ou mecânica para o bombeamento de água 
em usinas de acumulação) solicitada à turbina. O distribui-
dor é composto de um certo número de palhetas diretrizes 
(aletas reguláveis) que têm, simultaneamente, um movi-
mento de giro em torno do eixo de cada palheta diretriz, 
com o mesmo ângulo, possibilitando a passagem da vazão 
de água requerida ou interrompendo-a quando necessário. 
Ao se projetar o distribuidor, deve-se, inicialmente, obser-
var que o número de palhetas diretrizes não seja igual ou 
múltiplo inteiro do número de pás do rotor, a fim de se evi-
tar uma ressonância hidráulica no sistema (na instalação). 
 
Rotor 
 O rotor, inegavelmente, é o principal componente de 
qualquer tipo de máquina de fluxo. A finalidade principal 
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do rotor é transformar a energia hidráulica da água, prove-
niente do distribuidor, em energia mecânica no seu eixo. O 
rotor é constituído por certo número de pás, de curvatura 
adequada, fixadas ao cubo e à cinta. Na superfície cilíndrica 
externa da cinta, geralmente, é fixado um anel de desgaste 
(anel de desgaste rotativo inferior) e na superfície externa 
do cubo também é fixado um anel de desgaste (anel de des-
gaste rotativo superior). Esses anéis são elementos substitu-
íveis e fazem partes dos labirintos existentes entre o rotor e 
as partes fixas da turbina. Esses labirintos constituem com-
ponentes hidromecânicos importantes que afetam as carac-
terísticas de desempenho da turbina. 
 
Tubo de sucção 
 A finalidade principal do tubo de sucção é converter 
grande parte da energia cinética da água na saída do rotor 
em energia de pressão e, em conseqüência, aumentar a dife-
rença de pressões entre a entrada e a saída da turbina, resul-
tando em um maior aproveitamento da altura de queda bru-
ta disponível. Essa recuperação de energia pode representar 
uma parte significanteda energia total da turbina (altura de 
queda líquida), em particular para baixas alturas de queda 
bruta, e o projeto hidrodinâmico do tubo de sucção é, desse 
ponto de vista, um fator de qualidade importante para a 
turbina. A parte principal da recuperação de energia é obti-
da logo após a saída do rotor, ou seja, na parte cônica supe-
rior do tubo de sucção. A conversão de energia cinética em 
energia de pressão no tubo de sucção está relacionada ao 
aumento da sua seção transversal na direção do escoamento 
de água. O ângulo do cone é limitado pela presença de se-
paração da camada limite. Essa separação diminui a seção 
do escoamento e faz aumentar a velocidade do escoamento 
produzindo um decréscimo da recuperação de pressão. 
 
OBSERVAÇÃO: 
 O texto que segue foi retirado da Norma NBR 6445 – 
Turbinas Hidráulicas, Turbinas-Bombas e Bombas de 
Acumulação, da Associação Brasileira de Normas Técni-
cas (Outubro de 1987). 
 
 (A) DEFINIÇÕES GERAIS 
 
(a.1) Turbina hidráulica: máquina rotodinâmica, com a 
finalidade de transformar a energia hidráulica em energia 
mecânica. 
 
(a.2) Bomba: máquina rotodinâmica, com a finalidade de 
transformar energia mecânica em energia hidráulica. 
 
(a.3) Turbina-bomba: máquina rotodinâmica que, ou por 
reversão no sentido de rotação, ou por uma combinação de 
rotores dentro de uma mesma carcaça, ou por variação do 
ângulo das pás do rotor, pode funcionar como turbina ou 
como bomba. 
 
(a.4) Turbina e bomba (Figura 15): combinação de uma 
turbina e uma bomba, distintas, montadas sobre um mesmo 
eixo, de tal forma que o funcionamento como turbina ou 
como bomba pode ser realizado sem alterar o sentido da 
rotação. É possível desacoplar as duas máquinas. Apesar da 
bomba e da turbina serem distintas, elas podem ser ligadas 
a condutos comuns de entrada e saída. 
 
(a.5) Turbina, bomba ou turbina-bomba de múltiplos 
estágios (Figura 16): turbina, bomba ou turbina-bomba que 
possui mais de um rotor em um mesmo eixo e em uma úni-
ca carcaça, na qual o fluxo atravessa os rotores em série. 
 
(a.6) Sentido de rotação (horário ou anti-horário): sen-
tido de rotação de uma turbina, turbina-bomba ou turbina e 
bomba, funcionando como turbina, ou de uma bomba fun-
cionando como bomba, conforme visto da extremidade do 
eixo das máquinas rotodinâmicas visto pelo lado do gerador 
ou motor. 
 
(a.7) Grupo: acrescido a um dos termos definidos anteri-
ormente, o grupo designa o conjunto da máquina rotodinâ-
mica e gerador e/ou motor, de maneira a formar um todo. 
 
(a.8) Eixo vertical, horizontal ou inclinado: estes termos 
podem ser acrescentados a qualquer dos termos gerais aci-
ma definidos, ou a um nome de um tipo de turbina, de 
bomba ou de turbina-bomba, a fim de indicar a posição do 
eixo de rotação da máquina rotodinâmica. 
 
(a.9) Turbina de reação: turbina em que a energia mecâ-
nica é obtida pela transformação das energias cinética e de 
pressão do fluxo d’água, através do rotor. 
 
(a.10) Turbina de ação: turbina em que a energia mecâni-
ca é obtida pela transformação da energia cinética do fluxo 
d’água, através do rotor. 
 
(B) DEFINIÇÕES DOS TIPOS DE TURBINAS 
 
(b.1) Turbina Francis (Figura 1): turbina de reação, na 
qual o fluxo d’água penetra radialmente no distribuidor e no 
rotor, no qual as pás são fixas. 
 
(b.2) Turbina Francis dupla (Figura 2): turbina de rea-
ção na qual o fluxo d’água penetra radialmente no distribu-
idor e no rotor duplo, no qual as pás são fixas, saindo axi-
almente em sentidos opostos divergentes e com vazões i-
guais. 
 
(b.3) Turbina Francis gêmea (Figura 3): turbina de rea-
ção na qual o fluxo d’água penetra radialmente em dois 
distribuidores e em dois rotores simples independentes nos 
quais as pás são fixas, saindo axialmente em sentidos opos-
tos convergentes, por um único tubo de sucção com vazão 
igual à soma das vazões admitida em cada um dos rotores. 
 
(b.4) Turbina hélice: turbina de reação, na qual o fluxo 
d’água tem direção radial no distribuidor, aproximadamente 
axial na entrada do rotor, no qual as pás têm passo fixo ou 
ajustável fora de funcionamento. 
 
(b.5) Turbina Kaplan (Figura 4): turbina de reação, na 
qual o fluxo d’água tem direção radial no distribuidor, a-
proximadamente axial na entrada do rotor, analogamente à 
turbina hélice, porém no qual as pás têm passo regulável em 
funcionamento. 
 
(b.6) Turbina diagonal: turbina de reação, na qual o flu-
xo d’água penetra radialmente ou diagonalmente no distri-
buidor, e diagonalmente no rotor, no qual as pás são fixas. 
 
(b.7) Turbina Deriaz (Figura 5): turbina de reação, na 
qual o fluxo d’água penetra radialmente ou diagonalmente 
no distribuidor e diagonalmente no rotor, analogamente à 
turbina diagonal, porém no qual as pás têm passo regulável 
em funcionamento. 
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(b.8) Turbina bulbo (Figura 6): turbina de reação, na 
qual o fluxo d’água penetra axialmente no distribuidor e no 
rotor, estando o gerador contido em bulbo, diretamente i-
merso no fluxo. 
 
(b.9) Turbina tubular (Figura 7): turbina de reação, na 
qual o fluxo d’água penetra axialmente no distribuidor e no 
rotor, onde o gerador está localizado externamente ao fluxo 
d’água. 
 
(b.10) Turbina tubular com gerador periférico (“Strai-
ght-Flow”) (Figura 8): turbina de reação, na qual o fluxo 
d’água penetra axialmente no distribuidor e no rotor, estan-
do o rotor do gerador diretamente ligado à periferia do rotor 
da turbina. 
 
(b.11) Turbina Pelton (Figura 9): turbina de ação na qual 
o fluxo d’água incide sob a forma de jato sobre o rotor pos-
suindo pás em forma de duas conchas. A direção dos jatos é 
paralela em relação ao plano do rotor. 
 
(b.12) Turbina de jato inclinado (Figura 10): turbina de 
ação, na qual o fluxo d’água incide sob a forma de jato so-
bre o rotor que possui pás em forma de uma única concha. 
A direção dos jatos é inclinada em relação ao plano do ro-
tor. 
 
(b.13) Turbina de fluxo transversal (“Michell-Banki”) 
(Figura 11): turbina de ação, na qual o fluxo d’água atra-
vessa o rotor cilíndrico transversalmente com duas passa-
gens pelas pás. 
 
(C) DEFINIÇÕES DOS TIPOS DE BOMBAS DE ACUMULA-
ÇÃO 
 
(c.1) Bomba centrifuga (Figura 12): bomba em que o 
formato do rotor impõe um escoamento preponderantemen-
te no sentido radial centrífugo, na saída do rotor. 
 
(c.2) Bomba axial (hélice) (Figura 13): bomba que o 
formato do rotor impõe um escoamento no sentido axial, na 
saída do rotor. 
 
(c.3) Bomba mista (Figura 14): bomba em que o formato 
do rotor impõe um escoamento simultaneamente nos senti-
dos axial e radial centrífugo, na saída do rotor. 
 
(D) DEFINIÇÕES DE ELEMENTOS CONSTITUINTES DE 
TURBINAS HIDRÁULICAS DE REAÇÃO 
 
(d.1) Caixa: elemento que recebe o fluxo d’água do sis-
tema adutor e o dirige para o rotor da turbina. 
 
d.1.1) Caixa aberta: caixa, em cujo interior a água se 
encontra à pressão atmosférica. 
 
(d.1.2) Caixa fechada: Caixa, em cujo interior a água se 
encontra sob pressão superior à atmosférica. 
 
(d.2) Caixa espiral (Figura 17): caixa fechada, cujas se-
ções transversais diminuem progressivamente no sentido do 
fluxo. 
 
(d.2.1) Virola: elementos da caixa espiral, em forma de 
anel aberto e construção soldada, fixam ao pré-distribuidor. 
 
(d.2.2) Segmento da virola: Cada um dos elementos que 
constituem uma virola. 
 
(d.2.3) Trecho de entrada para caixa espiral: elemento 
de ligação entre caixa espiral e sistema adutor. 
 
(d.3) Caixa semi-espiral (Figura 18): caixafechada, cujas 
seções transversais diminuem progressivamente no sentido 
do fluxo, formando uma espiral abrangendo um ângulo in-
ferior a 360o. 
 
(d.4) Pré-distribuidor (Figura 19): conjunto constituído 
de palhetas fixas e de anéis superior e inferior, localizado 
entre a caixa e o distribuidor, com finalidade estrutural e de 
pré-orientação do escoamento para o rotor. 
 
(d.4.1) Palheta fixa: elemento de perfil hidrodinâmico do 
pré-distribuidor, com finalidade estrutural, ligado aos anéis 
superior e inferior e que pré-oriente o escoamento para o 
rotor. 
 
(d.4.2) Anel superior: elemento do pré-distribuidor que 
aloja as extremidades superiores das palhetas fixas. 
 
(d.4.3) Anel inferior: elemento do pré-distribuidor que 
aloja as extremidades inferiores das palhetas fixas. 
 
(d.4.4) Bequilha: elemento de perfil hidrodinâmico do 
pré-distribuidor, com finalidade estrutural, ligado aos anéis 
superior e inferior e que pré-oriente o escoamento para o 
rotor, no final da caixa espiral. 
 
(d.5) Distribuidor (Figura 20): elemento de turbina no 
qual é realizada a conversão de energia de pressão da água 
em cinética, orientação do fluxo e controle da vazão para o 
rotor. 
 
(d.5.1) Palheta diretriz: Elemento do distribuidor de per-
fil hidrodinâmico orientável pelo mecanismo de aciona-
mento das palhetas diretrizes; sua orientação permite variar 
a vazão através da turbina. 
 
(d.5.1.1) Eixo superior da palheta diretriz: Elemento da 
palheta diretriz que permite o seu apoio na tampa externa e 
seu acoplamento ao mecanismo de acionamento das palhe-
tas diretrizes. 
 
(d.5.1.2) Eixo inferior da palheta diretriz: Elemento da 
palheta diretriz que permite o seu apoio ao anel inferior do 
distribuidor. 
 
(d.5.2) Tampa da turbina: elemento da turbina composto 
das tampas interna, intermediária e externa que isola os 
componentes internos e externos da turbina. 
 
(d.5.2.1) Tampa externa: elemento fixado ao anel superior 
do pré-distribuidor e que aloja os mancais superiores das 
palhetas diretrizes. 
 
(d.5.2.2) Tampa intermediária: elemento localizado entre 
as tampas externa e interna. 
 
(d.5.2.3) Tampa interna: Elemento atravessado pelo eixo 
da turbina, que suporta os elementos de vedação e protege o 
rotor na sua parte superior. 
 
(d.5.3) Anel inferior do distribuidor: Elemento fixado 
ao pré-distribuidor e que aloja os mancais inferiores das 
palhetas diretrizes. 
 
(d.5.4) Placa de desgaste superior: Elemento substituível 
fixado na tampa externa na regido de fechamento das palhe-
tas diretrizes, com a finalidade de proteger a tampa externa. 
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(d.5.5) Placa de desgaste inferior: elemento substituível 
fixado no anel inferior do distribuidor na região de fe-
chamento das palhetas diretrizes, com a finalidade de pro-
teger o anel inferior. 
 
(d.5.6) Anel de desgaste estacionário: elemento substitu-
ível fixado na tampa externa ou no anel inferior do distribu-
idor, com a finalidade de proteção e que envolve os anéis 
de desgaste rotativo. 
 
(d.5.6.1) Anel de desgaste estacionário inferior: elemento 
substituível fixado no anel inferior do distribuidor, que en-
volve o anel de desgaste rotativo inferior do rotor. 
 
(d.5.6.2) Anel de desgaste estacionário superior: elemen-
to substituível fixado na tampa externa, que envolve o anel 
de desgaste rotativo superior ao rotor. 
 
(d.6) Rotor Francis (Figura 21): elemento rotativo fixado 
ao eixo, constituído por um certo número de pás de curvatu-
ra adequada, fixadas ao cubo e à cinta. 
 
(d.6.1) Pá Francis: elemento do rotor de superfícies cur-
vas, que tem a finalidade de transformar a energia do fluxo 
d’água, proveniente do distribuidor, em trabalho mecânico. 
A pá é constituída por uma aresta de entrada, urna aresta de 
saída, uma face côncava (lado pressão), uma face convexa 
(lado sucção), uma borda superior (fixada ao cubo) e uma 
borda inferior (fixada à cinta). 
 
(d.6.2) Cubo do rotor: elemento do rotor onde estão fi-
xadas as bordas superiores das pás. 
 
(d.6.3) Cinta do rotor: elemento do rotor onde estão fi-
xadas as bordas inferiores das pás. 
 
(d.6.4) Cone do rotor: elemento situado no prolongamen-
to do cubo, que orienta o escoamento da água. 
 
(d.6.5) Anel de desgaste rotativo: elemento substituível, 
com a finalidade de proteger o rotor. 
 
(d.6.5.1) Anel de desgaste rotativo inferior: elemento 
substituível fixado na superfície cilíndrica externa da cinta 
do rotor. 
 
(d.6.5.2) Anel de desgaste rotativo superior: elemento 
substituível fixado na superfície cilíndrica externa do cubo. 
 
(d.7) Rotor Francis duplo: elemento rotativo fixado ao 
eixo constituído por certo número de pás, de curvatura ade-
quada fixadas a um único cubo e as duas cintas simétricas. 
 
(d.8) Rotor Kaplan (Figura 22 e 23): elemento rotativo 
constituído por um núcleo central, de forma hidrodinâmica, 
tendo um certo número de pás em forma de hélice regulá-
veis. Neste tipo de rotor, o fluxo de água é orientado de 
forma a seguir uma direção axial na entrada e na saída. 
 
(d.8.1) Pá Kaplan: elemento construtivo do rotor, de su-
perfícies curvas que tem a finalidade de transformar a ener-
gia hidráulica do fluxo d’água em escoamento em energia 
mecânica, constituída por uma aresta de entrada, uma aresta 
de saída, uma face côncava (lado de pressão) e uma face 
convexa (lado de sucção), fixada ao cubo e à cinta. 
 
(d.8.2) Cubo do rotor: elemento constituído por um nú-
cleo central de perfil hidrodinâmico, que suporta as pás e 
aloja o mecanismo de acionamento das mesmas. 
(d.8.3) Ogiva: elemento com perfil hidrodinâmico, situa-
do no prolongamento do cubo, que orienta o escoamento da 
água depois de sua passagem pelas pás. 
 
(d.8.4) Ponta da ogiva: elemento removível da ogiva com 
perfil hidrodinâmico. 
 
(d.8.5) Haste de manobra: elemento fixado ao servomo-
tor das pás e que transmite o movimento de comando deste 
para a cruzeta. 
 
(d.8.6) Cruzeta: elemento montado na extremidade da 
haste de manobra, que transmite os movimentos desta haste 
para as bielas das pás. 
 
(d.8.7) Biela da pá: elemento que transmite o movimento 
da cruzeta à alavanca da pá. 
 
(d.8.8) Alavanca da pá: elemento fixado ao munhão ou 
ao flange da pá, que imprime movimento angular à mesma. 
 
(d.9) Rotor hélice: elemento rotativo constituído por um 
núcleo central de forma hidrodinâmica, tendo um certo nú-
mero de pás em forma de hélice fixas. Neste tipo de rotor o 
fluxo de água é orientado de forma a seguir uma direção 
axial na entrada e na saída. 
 
(d.10) Aro da câmara do rotor: elemento fixado no con-
creto, que envolve a cinta do rotor Francis e as pás do rotor 
Kaplan. 
 
(d.11) Tubo de sucção (Figura 24): elemento que tem por 
finalidade principal transformar em energia de pressão 
grande parte da energia cinética remanescente da água ao 
deixar o rotor e conduzir a água desde a seção de saída do 
rotor até o canal de fuga ou início de uma nova estrutura 
hidráulica. 
 
(d.11.1) Cone do tubo de sucção: elemento cônico, do 
tubo de sucção, localizado em sua região superior. 
 
(d.11.2) Cotovelo do tubo de sucção: elemento curvo, que 
une o cone do tubo de sucção ao trecho de saída do tubo de 
sucção. 
 
(d.11.3) Pilar divisor do tubo de sucção: elemento estru-
tural, de perfil hidrodinâmico, situado no trecho de saída do 
tubo de sucção. 
 
(d.11.4) Revestimento do tubo de sucção: elemento metá-
lico que reveste o tubo de sucção. 
 
(d.11.5) Revestimento do pilar: elementometálico que 
protege a parte frontal do pilar divisor do tubo de sucção. 
 
(d.11.6) Trecho de saída do tubo de sucção: elemento 
terminal do tubo de sucção. 
 
(d.12) Tampa/porta de inspeção: elemento que fecha e 
veda uma abertura de inspeção. 
 
(d.13) Mecanismo do distribuidor (Figura 2.5): conjunto 
de elementos que acionam as palhetas diretrizes. 
 
(d.13.1) Servomotor do distribuidor: elemento que co-
mandado pelo sistema de regulação, movimenta as palhetas 
diretrizes. 
 
(d.13.2) Anel de regulação: elemento que recebe o co-
mando do servomotor e o transmite ao mecanismo do dis-
tribuidor. 
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(d.13.3) Alavanca externa da palheta diretriz: elemento 
envolvendo o eixo da palheta diretriz, ligado à alavanca 
interna da palheta diretriz através de um pino de ruptura ou 
um outro dispositivo de proteção, e ligado ao anel de regu-
lação através de biela do mecanismo do distribuidor. 
 
(d.13.4) Alavanca interna da palheta diretriz: elemento 
fixado no eixo da palheta diretriz para imprimir-lhe movi-
mento angular. 
 
(d.13.5) Biela do mecanismo do distribuidor: elemento 
que transmite e transforma o movimento do anel de regula-
ção à alavanca externa ou interna do dispositivo de proteção 
do mecanismo do distribuidor. 
 
(d.13.6) Dispositivo de proteção do mecanismo do dis-
tribuidor (Figuras 26, 27 e 28): dispositivo que se rompe 
ou se deforma, quando os esforços sobre o elemento atin-
gem um valor pré-determinado. 
 
(d.13.6.1) Biela de ruptura/deformação (Figura 26): biela 
que se rompe ou se deforma, quando os esforços sobre o 
elemento atingem um valor pré-determinado. 
 
(d.13.6.2) Pino de ruptura (Figura 27): elemento de prote-
ção que possui uma seção estrangulada, que se rompe 
quando o esforço sobre o elemento atinge um valor pré-
determinado. 
 
(d.13.6.3) Dispositivo de restrição de movimento do me-
canismo do distribuidor (Figuras 27 e 28): elemento de 
proteção que permite o movimento da alavanca externa 
sobre a alavanca interna, quando o esforço atinge um valor 
predeterminado. 
 
(d.13.7) Haste de manobra do anel de regulação: ele-
mento de ligação do servomotor ao anel de regulação. 
 
(d.14) Vedação do eixo: conjunto de elementos com a fi-
nalidade de evitar o vazamento d’água para a tampa da tur-
bina através do eixo. 
 
(d.14.1) Vedação deslizante (Figura 29): conjunto de anéis 
estacionários e rotativos com a finalidade de evitar o vaza-
mento d’água para a tampa da turbina através do eixo. 
 
(d.14.2) Vedação de parada: elemento de vedação com a 
finalidade de evitar o vazamento d’água para a tampa da 
turbina através do eixo utilizável quando a turbina se en-
contra parada. 
 
(d.15) Mancais: elementos que restringem os deslocamen-
tos axiais e radiais de turbina (ver NBR 10069): 
 (a) Mancal de guia (Figura 30) 
 (b) Mancal de escora (Figura 31) 
 (c) Mancal combinado de escora e de guia (Figura 
32 e 11) 
 
(d.16) Cone suporte do mancal de escora (Figura 1): e-
lemento tronco-cônico fixado na tampa da turbina no qual 
se apóia o mancal de escora. 
 
(d.17) Eixo da turbina (Figura 1): elemento ao qual é fi-
xado o rotor e através do qual é transmitida a energia mecâ-
nica da turbina. 
 
(d.18) Revestimento do poço da turbina: revestimento 
metálico do poço da turbina. 
(d.19) Sistema de regulação da turbina: conjunto de e-
quipamentos mecânicos, elétricos e eletrônicos, responsável 
pela regulação de velocidade e/ou de potência da turbina. 
 
(d.20) Cabeçote Kaplan (Figura 33): elemento estacioná-
rio que permite a distribuição do óleo do sistema hidráulico 
de regulação para o servomotor de acionamento das pás do 
rotor Kaplan. 
 
(E) DEFINIÇÕES DE ELEMENTOS CONSTITUINTES DE 
TURBINAS DE AÇÃO 
 
(e.1) Injetor (Figura 34): elemento de turbina no qual é 
realizada a conversão da energia de pressão d’água em ci-
nética, a orientação do fluxo e o controle da vazão para o 
rotor. 
 
(e.1.1) Bocal: elemento fixo do injetor, de forma interna 
cônica, convergente para a sede da agulha. 
 
(e.1.2) Agulha: elemento interno móvel do injetor que, 
acionado por servomotor ou mecanismo manual controla o 
fluxo do jato d’água incidente para as pás do rotor. 
 
(e.1.3) Ponta da agulha: elemento removível ou não, que 
forma a extremidade cônica da agulha. 
 
(e.1.4) Sede da agulha: elemento removível do injetor, 
localizado na extremidade do bocal no qual assenta a agu-
lha. 
 
(e.1.5) Haste da agulha: elemento que transmite a ação 
do mecanismo de acionamento à agulha. 
 
(e.1.6) Cruzeta Pelton: elemento constituído por palhetas 
com perfil hidrodinâmico, que suporta o mancal de guia da 
haste da agulha e orienta o jato d’água para as pás do rotor. 
 
(e.2) Defletor (Figura 34): elemento móvel com a finali-
dade de desviar parcialmente ou totalmente o jato d’água do 
rotor. 
 
(e.2.1) Biela do defletor: elemento que transmite o mo-
vimento à manivela do defletor. 
 
(e.2.2) Manivela do defletor: elemento fixado ao eixo do 
defletor e que lhe imprime um movimento angular. 
 
(e.3) Freio de jato (Figura 9): elemento em forma de bo-
cal, que dirige um jato d’água no dorso das pás do rotor 
para frear o conjunto rotativo. 
 
(e.4) Anteparo pára-jato: elemento existente no prolon-
gamento do bocal de um injetor que evita a interferência 
dos respingos de um jato sobre outro injetor adjacente. 
 
(e.5) Tampas 
 
(e.5.1) Tampa superior Pelton (Figura 9): elemento de 
cobertura do rotor Pelton. 
[ 
(e.5.2) Tampa inferior Pelton (Figura 9): elemento situ-
ado entre a tampa superior e o poço inferior da turbina. 
 
(e.6) Rotor Pelton (Figura 35): elemento rotativo fixado 
ao eixo, constituído por um certo numero de pás em forma 
de conchas gêmeas, dispostas na periferia de um disco com 
UNIFEI-IEM EME705: MÁQUINAS DE FLUXO I Capítulo 3: Elementos Hidromecânicos e Elementos Cinemáticos 6 
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Waldir de Oliveira 
a finalidade de converter a energia cinética da água em tra-
balho mecânico. 
 
(e.6.1) Pá Pelton: elemento do rotor, de superfície curva, 
que tem a finalidade de transformar a energia cinética da 
água em trabalho mecânico. A pá é constituída por uma 
aresta de entrada e uma aresta de saída e por uma face côn-
cava e uma convexa. 
 
(e.6.2) Disco: elemento do rotor Pelton, cujo cubo é fixa-
do ao eixo e na periferia do qual estão dispostas as pás. 
 
(e.7) Poço inferior da turbina: câmara, normalmente 
revestida, localizada abaixo do rotor da turbina. 
 
3.1.2 ELEMENTOS HIDROMECÂNICOS DE 
 TURBOBOMBAS 
 
 Em geral, uma bomba centrífuga de um estágio tem os 
seguintes elementos hidromecânicos principais (veja, por 
exemplo, as Figuras 1.59, 1.60 e 1.106 da “Coletânea de 
Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”): voluta (corpo espi-
ral), rotor (impelidor ou impulsor), vedação e anéis de 
desgaste. 
 Uma bomba centrífuga de um estágio, além dos elemen-
tos hidromecânicos principais listados anteriormente (volu-
ta (corpo espiral), rotor (impelidor) e vedação) pode ter 
também um difusor aletado posicionado entre o rotor e a 
voluta (veja, por exemplo, a Figura 1.61 da “Coletânea de 
Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”). 
 Uma bomba centrífuga de dois ou mais estágios (deno-
minada de bomba de vários (múltiplos) estágios), tem os 
seguintes elementos hidromecânicos principais (veja, por 
exemplo, as Figuras 1.56e 1.65 da “Coletânea de Desenhos 
sobre Máquinas de Fluxo”): carcaça com aletas (palhetas) 
difusoras e diafragma (corpo de estágio intermediário), 
rotores (impelidores) e vedação. As aletas (palhetas) difu-
soras são posicionadas após à saída do rotor, enquanto o 
diafragma após as aletas difusoras, ambas fixas à carcaça, 
cuja função é separar os estágios e reorientar o líquido para 
a entrada do rotor do estágio seguinte. 
 Uma bomba diagonal tem, em geral, os mesmos ele-
mentos hidromecânicos principais de uma bomba centrífu-
ga (veja, por exemplo, a Figuras 1.73 da “Coletânea de De-
senhos sobre Máquinas de Fluxo”). 
 Uma bomba axial tem, em geral, os seguintes elementos 
hidromecânicos principais (veja, por exemplo, as Figuras 
1.69 e 1.70 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de 
Fluxo”): carcaça, rotor (hélice), difusor aletado e veda-
ção. 
 Uma bomba regenerativa (Capítulo 2, Item 2.3) tem, em 
geral, os seguintes elementos hidromecânicos principais 
(veja, por exemplo, as Figuras 1.92, 1.93 e 1.94 da “Coletâ-
nea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo” e as páginas 
611 até 624 da Referência 7 da Bibliografia Auxiliar): car-
caça, rotor e vedação. 
 O difusor constitui o chamado “sistema fixo de aletas”. 
A finalidade principal desse sistema é operar Ec→Ep. 
 O rotor constitui o chamado “sistema móvel de pás”. A 
finalidade principal do rotor é operar T→Ec→Ep. 
 De um modo geral, o percurso de líquido em uma bom-
ba tem sentido inverso daquele de uma turbina hidráulica, 
ou seja, o líquido penetra na bomba pelo seu flange de en-
trada, passa pelo rotor, pelo difusor (se houver), pela voluta 
e sai da bomba pelo seu flange de saída, no caso de bomba 
de um estágio. No caso de bomba centrífuga de múltiplos 
estágios, o líquido penetra na bomba pelo seu flange de 
entrada, passa pelos rotores, pelos difusores e pelos dia-
fragmas que compõem a carcaça da bomba, e sai da bomba 
pelo seu flange de saída. Deve-se recordar que, ao contrário 
das turbinas hidráulicas de reação, as bombas não têm tubo 
de sucção. A tubulação de sucção (de aspiração) de instala-
ções de bombeamento pertence ao sistema e não à bomba. 
 
Rotor 
 A finalidade principal do rotor é transformar a energia 
mecânica proveniente do seu eixo em energia hidráulica 
para o líquido. O rotor é constituído por certo número de 
pás, de curvatura adequada, fixadas ao disco interno e ao 
disco externo (capa do rotor), no caso de bombas centrífu-
gas (radiais) e bombas diagonais. No caso de rotor bombas 
axiais e de algumas bombas diagonais, as pás são fixadas 
somente ao disco interno (às vezes, denominado de cubo) e, 
portanto, não há disco externo. 
 Outras classificações de rotores podem existir, por e-
xemplo, as bombas radiais (centrífugas) também podem ser 
classificadas quanto ao tipo de construção do rotor (veja, 
por exemplo, a Figura 1.54 da “Coletânea de Desenhos 
sobre Máquinas de Fluxo”) em: rotor fechado (Figuras 
1.54.b e 1.54.e), rotor semi-aberto (Figura 1.54.c) e rotor 
aberto (Figura 1.54.a). Alguns autores também classificam 
em: rotor fechado, rotor semi-aberto, rotor aberto com disco 
interno parcial e rotor aberto. Para esses autores, o rotor da 
Figura 1.57 – Rotor semi-aberto de bomba centrífuga seria 
denominado de rotor semi-aberto com disco interno parcial. 
 Uma outra classificação para as bombas centrífugas, 
quanto ao tipo de construção do rotor, se refere ao número 
de entradas. As bombas centrífugas de uma entrada são 
denominadas de bombas centrífugas de simples aspiração 
(ou de simples sucção) e as de duas entradas são denomina-
das de dupla aspiração (ou dupla sucção). Alguns autores 
também denominam as bombas centrífugas de duas entra-
das como bombas centrífugas gêmeas (veja a Figura 1.64 
da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”). 
 
Voluta (Carcaça) 
 A finalidade principal da voluta é coletar o líquido pro-
veniente do rotor e conduzi-lo de forma apropriada até ao 
flange de saída da bomba. Dependendo da sua geometria, a 
voluta pode converter parte da energia cinética do líquido 
(pressão dinâmica) em energia de pressão (pressão estáti-
ca). Esse assunto será abordado no Capítulo 5. A voluta é 
predominantemente utilizada em bombas de um estágio, 
enquanto a carcaça (composta de difusor aletado e diafrag-
ma) é utilizada em bombas centrífugas de múltiplos está-
gios. 
 Deve-se salientar que não é na voluta que a energia ci-
nética que o líquido possui ao sair do rotor é convertida em 
energia de pressão. Na realidade, a área crescente da voluta, 
quando ϕ vai de 0 até 360o (veja a Figura 1.96 da “Coletâ-
nea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”), é para abrigar 
a quantidade crescente de líquido que sai dos canais forma-
dos pelas pás do rotor, a fim de manter a mesma velocidade 
média e, em conseqüência, a mesma pressão em cada seção 
da voluta definida pelo ângulo ϕ. Esse procedimento permi-
te obter certo equilíbrio de forças radiais no entorno da vo-
luta (0o ≤ ϕ ≤ 360o). Esse critério de projeto só garante 
UNIFEI-IEM EME705: MÁQUINAS DE FLUXO I Capítulo 3: Elementos Hidromecânicos e Elementos Cinemáticos 7 
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Waldir de Oliveira 
certo equilíbrio radial apenas para a vazão de projeto (vazão 
correspondente ao ponto de rendimento máximo da bom-
ba). À medida que a vazão da bomba se afasta da vazão de 
projeto, para mais ou para menos, aparece um desequilíbrio 
de pressões na direção radial gerando, em conseqüência, 
empuxos (forças) radiais (veja a Fig. 10.29, página 237, da 
Referência 1 da Bibliografia Auxiliar). Essas forças radiais 
atuam no eixo da bomba exercendo esforços adicionais nos 
mancais, produzindo flexão no eixo, desgastes nos anéis 
(anéis de desgaste) e gaxetas, podendo ocasionar ruptura do 
eixo devido à fadiga do material. 
 A região da voluta onde parte da energia cinética do 
líquido é convertida em energia de pressão se localiza na 
região difusora à saída da voluta onde F > Fmáx (Veja a Fi-
gura 1.96 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de 
Fluxo”). 
 As volutas de bombas centrífugas, em geral, têm seção 
circular e a sua geometria externa tem o formato de espiral 
logarítmica (veja as Figuras 1.96 e 1.98 da “Coletânea de 
Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”). Existem também 
volutas de geometria externa em formato circular que são 
concêntricas em relação ao eixo da bomba. Em bombas 
centrífugas de porte, particularmente no que se refere à va-
zão, utiliza-se bombas com voluta dupla, a fim de atenuar 
os efeitos do empuxo radial (veja as Figura 1.98 da “Cole-
tânea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”). 
 As volutas de bombas podem ser bipartidas axialmente 
ou radialmente. As volutas bipartidas axialmente são utili-
zadas na maioria das bombas de eixo horizontal com man-
cais nas extremidades do eixo (Figura 1.64 da “Coletânea 
de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo” e Figs. 20.8 e 
20.8.a, página 341, da Referência 1 da Bibliografia Auxili-
ar). As volutas bipartidas radialmente são utilizadas em 
bombas centrífugas de um estágio (simples estágio) com 
mancais do mesmo lado do rotor, ou seja, rotor em balanço 
(Figura 1.106 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas 
de Fluxo”; em bombas centrífugas de múltiplos estágios de 
eixo vertical (Fig. 21.6, página 355, da Referência 1 da Bi-
bliografia Auxiliar); e em bombas centrífugas de múltiplos 
estágios de eixo horizontal (Figuras 1.65 e 1.107 da “Cole-
tânea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”). 
 
Vedação por gaxetas e vedação por selos mecânicos 
 
 Dependendo da aplicação da bomba, a vedação do lí-
quido bombeado pode ser feita através de gaxetas (anéis de 
gaxeta) ou selos mecânicos. Os selos mecânicos (Capítulo 2 
de EME803), em geral, sãoutilizados em bombas onde o 
líquido de trabalho é tóxico, inflamável ou possui certas 
características que proíbem seu vazamento para o meio 
externo à bomba. 
 A finalidade principal da caixa de gaxetas é proteger a 
bomba contra vazamentos na região onde o eixo atravessa a 
voluta (carcaça). Entretanto, se a bomba opera com altura 
de sucção positiva (Capítulo 3 de EME803), a pressão no 
interior da caixa de gaxetas é inferior à pressão atmosférica 
e a função da caixa de gaxetas é evitar a entrada de ar para 
dentro da bomba. Se a bomba opera com altura de sucção 
negativa, a pressão no interior da caixa de gaxetas é superi-
or à pressão atmosférica e a função da caixa de gaxetas é 
evitar vazamento do líquido para fora da bomba. 
 As caixas de gaxetas convencionais são utilizadas em 
serviços gerais e têm formato cilíndrico que acomoda certo 
número de anéis de gaxeta em volta do eixo da bomba (Fi-
gura 1.106 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de 
Fluxo”) ou em volta da luva (bucha) protetora do eixo (Pe-
ça 524.2 da Figura 1.107 da “Coletânea de Desenhos sobre 
Máquinas de Fluxo”). Esses anéis de gaxeta são comprimi-
dos de encontro à carcaça, com ajuste adequado, por uma 
peça denominada sobreposta (prensa gaxeta ou aperta gaxe-
ta). Esse ajuste deve permitir um vazamento mínimo da 
ordem de 30 a 60 gotas por minuto, para facilitar a lubrifi-
cação e auxiliar o arrefecimento das gaxetas. 
 As caixas de gaxetas especiais, além dos anéis de gaxe-
ta, têm bucha de garganta, anel de lanterna (anel cadeado), 
conexão para líquido de selagem e, eventualmente, câmara 
para refrigeração. 
 A bucha de garganta, também denominada de bucha de 
fundo, fica localizada no fundo da caixa de gaxetas e tem 
como objetivo reduzir a pressão do líquido que escoa do 
rotor para dentro da caixa de gaxetas. 
 O anel de lanterna (anel cadeado) é uma peça com furos 
radiais para permitir a entrada do líquido de selagem, e po-
sicionada, geralmente, entre dois conjuntos de anéis de ga-
xeta. A conexão para líquido de selagem tem a finalidade 
de suprir líquido sob pressão para o anel de lanterna em 
bombas que operam com altura se sucção negativa. Quando 
a bomba opera líquido limpo ou água fria, o líquido de se-
lagem pode ser o próprio líquido bombeado, sendo a cone-
xão feita por meio de tubos ou de passagens internas, entre 
a descarga (saída) da bomba e a caixa de gaxetas (veja a 
Figura 1.73 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de 
Fluxo”). 
 
Anéis de desgaste 
 
 A finalidade principal dos anéis de desgaste é manter a 
folga original entre o rotor e a voluta (carcaça) especificada 
pelo fabricante ou por norma. 
 Em função das condições de operação da bomba, o rotor 
pode roçar a voluta, e também quando a bomba trabalha 
com partículas sólidas em suspensão ou líquidos abrasivos, 
a folga original aumenta. Com o tempo, quando a folga 
alcança valores superiores ao máximo permitido (da ordem 
do dobro da folga original), há necessidade de reconstruir a 
folga original. 
 Geralmente, as bombas de porte muito pequeno não são 
dotadas de anéis de desgaste, neste caso existem duas pos-
sibilidades básicas para reconstituir a folga original: a pri-
meira é restaurar as partes gastas (rotor e voluta) por solda-
gem ou metalização e posterior usinagem; a segunda é 
substituir as partes gastas. 
 Em bombas que não são de porte muito pequeno (em 
geral, na maioria das bombas centrífugas) as duas possibili-
dades descritas anteriormente não são práticas comuns e 
muito menos econômicas. Por causa disso, são utilizados 
nessas bombas anéis substituíveis (anéis de desgaste) que 
podem ser montados ou na voluta (carcaça) ou no rotor ou 
em ambos. Como um exemplo, a peça n. 505.2 da Figura 
1.106 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de Flu-
xo” mostra dois anéis de desgaste montados apenas na vo-
luta (carcaça ou corpo). 
 
 
3.1.3 ELEMENTOS HIDROMECÂNICOS DE 
 VENTILADORES 
 
UNIFEI-IEM EME705: MÁQUINAS DE FLUXO I Capítulo 3: Elementos Hidromecânicos e Elementos Cinemáticos 8 
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Waldir de Oliveira 
 Em geral, um ventilador centrífugo (para ser um venti-
lador – MF Hidráulica – tem que ter apenas um estágio, 
mais de um estágio seria um soprador ou mesmo um turbo-
compressor) tem os seguintes elementos hidromecânicos 
(ou aeromecânicos) principais (veja, por exemplo, as Figu-
ras 1.76, 1.82 e 1.83 da “Coletânea de Desenhos sobre Má-
quinas de Fluxo”): voluta (corpo espiral), rotor (impeli-
dor) e vedação. 
 A voluta, o rotor e a vedação têm as mesmas finalidades 
descritas anteriormente para bombas e, de um modo geral, 
esses elementos têm configurações bem semelhantes ao da 
bomba, apesar de o ventilador bombear um fluido gasoso. 
 
Voluta/Carcaça 
 
 As volutas de ventiladores podem ter seção circular, 
quadrada ou retangular. Além daquelas descritas para bom-
bas, existem diversas geometrias, tais como aquelas mos-
tradas nas Figuras 1.99 e 1.110 (“Coletânea de Desenhos 
sobre Máquinas de Fluxo”) que têm divisões na saída da 
voluta e têm também seção retangular. Existem também 
volutas externas (caso mais comum) e volutas internas 
(pesquisa desenvolvida no Laboratório de Ventiladores – 
LabVent – do Instituto de Engenharia Mecânica da UNIFEI, 
entre 1978 e 1982, financiada pelo FINEP). A pesquisa 
visava diminuir o volume construtivo (redução de tamanho 
e peso) do ventilador centrífugo com voluta externa em 
formato de espiral logarítmica (ventilador convencional), de 
modo que o “novo ventilador” (ventilador centrífugo com 
voluta interna em formato de espiral logarítmica) apresen-
tasse níveis de ruído e características de desempenho aero-
dinâmico semelhantes ao do ventilador convencional. Um 
desenho esquemático dessas volutas está representado na 
Figura 1.103 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas 
de Fluxo” e mais detalhes podem ser vistos nas aulas de 
laboratório de EME705 e EME803. 
 Alguns tipos de ventiladores centrífugos apresentam 
uma caixa de entrada e um sistema de aletas orientáveis na 
entrada, como pode ser visto na Figura 1.76 da “Coletânea 
de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”. 
 Outras formas de carcaças (ou carcaças difusoras), utili-
zadas em ventiladores axiais e aproximadamente axiais 
(semi-axiais), são apresentadas na Figura 1.101 da “Coletâ-
nea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”. 
 
Rotor 
 
 Ao contrário dos rotores de bombas, que têm ângulos de 
saída das pás sempre menores que 90o (β5 < 90o), os rotores 
de ventiladores centrífugos têm ângulos de saída das pás 
menores, iguais ou maiores que 90o, Figuras 1.77 e 1.78 
indicadas com β2 em vez de β5, (assunto que será abordado 
no Item 3.2). Os rotores de ventiladores centrífugos tam-
bém têm diferentes processos de fabricação, em relação aos 
de bombas centrífugas que, neste caso, em geral, são fundi-
dos em uma única peça. As figuras 1.79 e 1.80 da “Coletâ-
nea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo” mostram diver-
sos tipos de construção de rotores e alguns tipos de fixação 
de pás no disco interno e na capa de rotores ventiladores 
centrífugos. 
 As pás de rotores centrífugos podem ter formato reto, 
logarítmico, circular, etc. Para cada formato, mantidas as 
demais características geométricas do rotor, existe uma 
característica de desempenho aerodinâmico diferente (as-
sunto que será abordado no Capítulo 1 de EME803). 
 As pás de rotores axiais, em geral, têm perfis aerodinâ-
micos e apresentam uma torção ao longo do comprimento 
da pá (devido ao ângulo de montagem de cada perfil) (Figu-
ras 1.84 e 1.85 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas 
de Fluxo”). Essa torção e o “melhor” perfil aerodinâmico 
serão tratados, no Capítulo 4 de EME803. 
 
VedaçãoEm casos onde o vazamento do gás é proibitivo (gases 
tóxicos, inflamáveis, etc.) deve-se utilizar vedação que po-
de ser feita por meio de selo mecânico, como mostra a Fi-
gura 1.76 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de 
Fluxo”. 
 
3.1.4 ELEMENTOS HIDROMECÂNICOS DE 
 ACOPLAMENTOS HIDRÁULICOS 
 
 Os acoplamentos hidráulicos (ou acoplamentos hidrodi-
nâmicos), que são MF hidráulicas compostas, em geral, têm 
os seguintes elementos hidromecânicos principais (veja, por 
exemplo, as Figuras 1.86 e 1.87 da “Coletânea de Desenhos 
sobre Máquinas de Fluxo”): bomba e turbina que são 
montadas, respectivamente, nos eixos primário e secundário 
do acoplamento hidráulico. Veja também duas aplicações 
de acoplamentos hidráulicos nas Figuras 1.90 e 1.91 da 
“Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”. 
 Os acoplamentos hidráulicos, quando acionados por um 
motor elétrico de indução, oferecem um amplo campo de 
aplicação, permitindo partidas sem resistência à sua acele-
ração, atingindo rapidamente a rotação de trabalho do eixo 
secundário com pequeno consumo de corrente, se compara-
do com sistemas sem proteção na partida. 
As principais vantagens do acoplamento hidráulico são: 
transmissão de potência sem desgastes mecânicos; acelera-
ção suave de grandes massas; partida do motor elétrico (ou 
outra máquina acionadora) sob condições sem carga, mes-
mo com a máquina acionada carregada; queda instantânea 
da corrente elétrica de partida; proteção dos elementos elé-
tricos e mecânicos do acionamento, mesmo sob grande fre-
qüência de reversão de rotação; limitação do torque máxi-
mo através do controle do volume de óleo; proteção contra 
aquecimento ou sobrecarga por meio de bujões-fusíveis. 
 Para uma rotação constante no eixo primário, os aco-
plamentos hidráulicos podem ter rotação constante no eixo 
secundário (eixo da turbina), Figura 1.86, ou ter rotação 
variável no eixo secundário, Figura 1.87 da “Coletânea de 
Desenhos sobre Máquinas de Fluxo”. Em qualquer caso, a 
rotação do eixo secundário é sempre menor que a do eixo 
primário e depende da geometria do acoplamento hidráulico 
e do líquido (óleo ou água) de trabalho. 
 O acoplamento hidráulico não converte torque, ou seja, 
o torque aplicado ao eixo primário (bomba) é o mesmo do 
eixo secundário (turbina). 
 
3.1.5 ELEMENTOS HIDROMECÂNICOS DE 
 CONVERSORES HIDRODINÂMICOS DE TORQUE 
 
 Os conversores hidrodinâmicos de torque (ou converso-
res de torque hidrodinâmicos), que são MF hidráulicas 
compostas, em geral, têm os seguintes elementos hidrome-
UNIFEI-IEM EME705: MÁQUINAS DE FLUXO I Capítulo 3: Elementos Hidromecânicos e Elementos Cinemáticos 9 
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Waldir de Oliveira 
cânicos principais (veja, por exemplo, as Figuras 1.88 e 
1.89 da “Coletânea de Desenhos sobre Máquinas de Flu-
xo”): bomba, turbina e estator (sistema de aletas). A 
bomba e a turbina são montadas, respectivamente, nos ei-
xos primário e secundário do conversor hidrodinâmico de 
torque, enquanto o estator é um sistema fixo (não gira em 
torno do eixo primário nem do eixo secundário). 
 Em princípio, as principais vantagens e características 
dos conversores hidrodinâmicos de torque são idênticas 
àquelas dos acoplamentos hidráulicos listadas anteriormen-
te. A principal vantagem do conversor hidrodinâmico de 
torque em relação ao acoplamento hidráulico se refere à 
conversão (mudança) de torque, ou seja, o torque aplicado 
ao eixo primário (bomba) não é o mesmo do eixo secundá-
rio (turbina). Essa vantagem adicional permite reduzir o 
consumo de energia gasto no acionamento do eixo primá-
rio. A variação de torque está relacionada aos diversos ar-
ranjos e geometrias dos componentes (bomba (B), turbina 
(T) e estator (E)) do conversor. No caso da Figura 1.89, o 
arranjo é do tipo bomba, turbina, sistema de aletas, ou seja, 
B-T-E. Se o arranjo fosse, por exemplo, do tipo B-E-T a 
variação de torque seria diferente da variação de torque do 
conversor hidrodinâmico do tipo B-T-E. 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 NBR 6445 - “Turbinas Hidráulicas, Turbinas-Bombas e 
Bombas de Acumulação”, ANBR - Associação Brasileira 
de Normas Técnicas (Outubro de 1987). 
 Oliveira, W., 2009, “Coletânea de Desenhos sobre Má-
quinas de Fluxo”, UNIFEI-IEM 
 Bran, R., Souza, Z., 1979, “Máquinas de Fluxo”, 2a 
Edição, Ao Livro Técnico S. A. 
 Pfleiderer, C., Petermann, H., 1979, “Máquinas de 
Fluxo”, Livros Técnicos e Científicos S. A. 
 Macintyre, A. J., 1980, “Bombas e Instalações de 
Bombeamento”, Editora Guanabara Dois S.A. 
 Macintyre, A. J., 1983, “Máquinas Motrizes Hidráuli-
cas”, Editora Guanabara Dois S.A. 
 Eck, B., 1973, “Fans - Design and Operation of Cen-
trifugal, Axial-flow and Cross-flow Fans”, Pergamon Press 
 Pfleiderer, C., 1960, “Bombas Centrífugas y Turbo-
compresores”, Editorial Labor S. A. 
 Vivier, L., 1966, “Turbines Hydrauliques et Leur 
Régulation”, Éditions Albin Michel