Tipos de Bombas Hidráulicas

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Bombas
Anny Marques
Caio Cabral
Raquel Reis
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Introdução
Bombas são máquinas operatrizes hidráulicas que conferem energia ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto para outro obedecendo às condições do processo. Para isso, demandam de uma fonte de energia elétrica, e então, transferem parte dessa energia para o líquido na forma de energia de pressão e cinética (Mattos e de Falco, 1998).
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Classificação das Bombas
Há diversas formas de se classificar as bombas:
Pelo tamanho do rotor;
Aplicação;
Potência;
Forma como a energia é cedida ao fluido.
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Classificação das Bombas
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Figura 1 : Classificação das Bombas
Turbobombas ou Dinâmicas
Neste tipo de bomba, a movimentação do líquido é feita em duas etapas:
 Na primeira, o impelidor transfere energia cinética ao fluido enquanto gira. 
Na segunda, após o fluido chegar próximo a parede da carcaça da bomba, essa energia é convertida em energia de pressão, e só então começa a empurrar o líquido a frente e começa a se movimentar.
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Figura 2 : Diferencial de Pressão no Impelidor
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Turbobombas ou Dinâmicas
Existem diversos tipos de bombas dinâmicas, a distinção entre elas é somente na forma como o impelidor cede energia ao fluido e como este se orienta ao sair do impelidor.
As bombas dinâmicas são divididas em:
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Figura 3 : Diferenças Entre os Impelidores
Bombas Dinâmicas Centrífugas
Nas bombas centrífugas, toda a energia cinética é obtida através do desenvolvimento de forças puramente centrífugas, devido às características deste tipo de impelidor. 
São utilizadas quando se deseja obter altas cargas e com vazões relativamente altas.
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Figura 4 : Impelidor de Bomba Centrífuga
Figura 5 : Bomba Centrífuga Industrial
Bombas Dinâmicas Centrífugas
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Bombas Dinâmicas de Fluxo Axial
Nas bombas de fluxo axial, toda a energia cinética é transferida ao fluido somente por forças de arrasto. 
Bombas desse tipo são utilizadas quando se deseja alta vazão e pouca carga de pressão no fluido. São bastante utilizadas em sistemas de irrigação.
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Figura 6 : Impelidor de Bomba Axial
Figura 7 : Esquema de Bomba Axial Industrial
Bombas Dinâmicas de Fluxo Axial
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Bombas Dinâmicas de Fluxo Misto
A bomba de fluxo misto leva este nome, justamente por ser um misto entre as duas anteriores, centrífuga e axial, devido à forma como ela fornece a energia cinética ao fluido, a partir das forças centrífuga e de arrasto.
Essas bombas são usadas quando se deseja uma vazão mais alta que a bomba centrífuga pode ceder, e uma carga mais alta que a axial pode ceder.
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Figura 8 : Impelidor de Bomba de Fluxo Misto
Figura 9 : Diferencial de Pressão no Impelidor de Fluxo Misto
Bombas Dinâmicas Periféricas ou Regenerativas
Neste tipo de bomba, o fluido é arrastado através de um impelidor com palhetas na sua periferia, de forma que a energia cinética inicial é convertida em energia de pressão pela redução de velocidade na carcaça. 
Ela é bastante utilizada para alimentação de água em caldeiras de pequena capacidade, onde se demanda altas pressões e baixas vazões.
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Figura 10 : Ilustração de Bomba Periférica
Figura 11 : Bomba Periférica Industrial
Figura 12 : Impelidor de Bomba Periférica
Bombas Dinâmicas Periféricas ou Regenerativas
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Volumétricas ou de Deslocamento Positivo
Neste tipo de bomba, a energia é transferia ao fluido diretamente na forma de pressão, não havendo a necessidade de transformação de energia cinética para de pressão como nas bombas dinâmicas. Sendo assim, a movimentação do líquido dá-se somente pela movimentação mecânica do componente atuador da bomba, obrigando o líquido a executar o mesmo movimento. 
Nessas bombas, há um volume vazio predefinido, o qual o líquido deve preencher e de onde será expulso logo depois. Por isso elas são chamadas também de volumétricas.
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Volumétricas ou de Deslocamento Positivo
Nesse tipo de bomba, é comum ser instalado um sistema de segurança, normalmente, uma PSV embutida, ou uma linha de reciclo para a entrada da bomba, visto que ela atinge pressões muito altas, fazendo com que qualquer tipo de obstrução já seja suficiente para um rompimento num ponto frágil da instalação. 
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Figura 13 : Representação da PSV Numa Bomba Volumétrica
Volumétricas ou de Deslocamento Positivo
As bombas de deslocamento positivo podem ser divididas em dois tipos:
Bombas alternativas 
Bombas rotativas
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Figura 14 : Representação de uma Bomba Alternativa
Figura 15 : Representação de uma Bomba Rotativa
Bombas Volumétricas Alternativas
São bombas em que a sucção e descarga não são constantes, elas se alternam entre si. Enquanto succionam, a descarga é fechada, e vice versa.
Bombas volumétricas alternativas são especificadas para serviços com demanda de alta carga e vazão baixa.
Existem os seguintes tipos de bombas volumétricas alternativas:
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Bombas Alternativas de Pistão
Bombas de pistão operam de forma bem similar aos motores de combustão interna. Um pistão se move para trás, abrindo a válvula de admissão, fechando a de descarga, e enchendo o cilindro. Após todo o volume do cilindro preenchido, o pistão se move para frente, fechando a válvula de admissão, abrindo a de descarga e descarregando o líquido.
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Figura 16 : Representação de uma Bomba de Pistão
Bombas Alternativas de Diafragma 
Nessas bombas, o órgão que fornece a energia para o líquido é uma membrana acionada por uma haste que é controlada por um sistema pneumático. O movimento da membrana em um sentido, diminui a pressão, admitindo líquido ao sistema. No movimento em sentido oposto, ela aumenta a pressão e descarrega o líquido. 
Essas bombas são usadas em serviços de dosagem, pois variando o curso da haste, varia-se o volume admitido. Um exemplo típico de aplicação dela, é na retirada de gasolina do tanque e injeção no motor.
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Figura 17 : Representação de uma Bomba de Diafrágma
Figura 18 : Bomba de Diafragma Industrial
Bombas Alternativas de Diafragma
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Bombas Alternativas de Diafragma Dupla
Um ponto positivo nesse tipo de bomba é que ela pode ser “duplicada” para ter seus movimentos duplamente aproveitados. Assim, enquanto succiona o líquido de um lado, ela descarrega pelo outro e vice e versa.
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Figura 19 : Esquema de uma Bomba Diafragma Dupla
Figura 20 : Bomba de Diafragma Dupla Industrial
Bombas Alternativas de Diafragma Dupla
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Bombas Volumétricas Rotativas
Bombas rotativas são uma classe de bombas dentro das volumétricas pois também atuam com o preenchimento de um volume previamente conhecido. Porém, não atuam de forma alternada como as anteriores. Sua rotação é constante e logo após o volume esvaziar, ele é preenchido de novo.
Dentro das rotativas, temos os seguintes grupos de bombas:
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Bombas Rotativas de Engrenagens
Estas bombas são compostas por dois discos dentados (engrenagens), que podem estar um acima do outro ou um dentro do outro. Nas duas montagens, o líquido preenche os volumes entre os dentes das engrenagens, e quando elas se encontram novamente, o dente de uma que vai ocupar aquele volume, expulsa o líquido que ali estava.
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Figura 21 : Esquema de uma Bomba de Engrenagens
Figura 22 : Bomba de Engrenagens
Figura 23 : Bomba de Engrenagem Interna
Bombas Rotativas de Engrenagens
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Bombas Rotativas de Lóbulos
Aqui, temos um funcionamento bem parecido com as bombas de engrenagens. Porém os lóbulos são bem mais espaçados que as engrenagens. Permitindo assim um volume maior de fluido dentro da bomba, e, consequentemente, possibilitando que ela opere com uma vazão mais alta. 
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Figura 24 : Bomba de Lóbulos
Bombas Rotativas de Lóbulos
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Bombas Rotativas de Parafusos
São bombas compostas por dois parafusos paralelos com movimentos sincronizados. Nelas, o fluido entra pelas extremidades e é levado até o centro, por onde é descarregado. Sua utilização é muito efetiva quando se deseja transportar líquidos com viscosidade muito alta.
Muito similar a elas,temos as bombas helicoidais, que usam apenas um “parafuso”, e possibilitam o transporte de líquidos com sólidos grandes em suspensão.
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Figura 25 : Esquema de um Bomba de Parafusos
Figura 26 : Bomba de Parafusos
Bombas Rotativas de Palhetas Deslizantes
Neste tipo de bomba, temos um rotor com certos “furos” na direção radial, onde as palhetas ficam acomodadas. Como o rotor não está fixado no centro da carcaça, quando ele gira, na parte que está mais próxima da parede as palhetas são forçaras para dentro do furo, e então quando vai se afastando, elas vão saindo e liberando o espaço que será preenchido pelo fluido.
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Figura 27 : Esquema de uma Bomba de Palhetas Deslizantes
Comparação: Dinâmicas Vs. Volumétricas
Quanto ao movimento do fluido no impelidor:
Volumétricas - o fluido executa exatamente o mesmo movimento que elemento atuador da bomba.
Dinâmicas - embora os movimentos sejam relacionados entre si, não são absolutamente iguais.
Quanto ao órgão mecânico:
Volumétricas – ele transmite a energia exclusivamente na forma de pressão.
Dinâmicas – a energia é transmitida na forma cinética e depois convertida em energia de pressão.
Quanto ao fluido:
Volumétricas – podem operar com a presença de gases ou sólidos em seu interior.
Dinâmicas – devem operar somente com líquido.
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Comentários Gerais
No final, a escolha do tipo de bomba a ser utilizada, dependerá primeiramente da viscosidade do fluido. E só então define-se a carga e vazão.
Volumétricas – Alta viscosidade. Acima de 500cP (Cremasco).
Dinâmicas – Viscosidade baixa
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Figura 28 : Comparação de Carga X Vazão Entre as Bombas
Turbobombas
Máquinas hidráulicas, nas quais a movimentação do líquido é produzida por forças que se desenvolvem na massa líquida, através da rotação do impelidor(Mattos).
A vazão da bomba depende de suas características construtivas e das características do sistema onde ela está operando. 
Figura 29: Turbobomba
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Funcionamento
O funcionamento baseia-se, praticamente, na criação de uma zona de baixa pressão e de uma zona de alta pressão.
Rotor ou Impelidor: Responsável por impulsionar o fluido.
Carcaça,: Que contém o líquido, envolvendo o rotor, e dispõe de bocais de entrada(sucção) e saída (descarga) do fluido.
Figura 30: Corte Frontal
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Teoria do Impelidor
Concede à massa líquida aceleração, para que adquira energia cinética e se realize assim a transformação da energia mecânica.
Regime permanente
Uniformidade de velocidades nas regiões de entrada e saída do impelidor
Figura 31: Tipos de Impelidores
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Curva Característica da bomba
As curvas características de bombas traduzem através de gráficos o seu funcionamento, bem como, a interdependência entre as diversas grandezas operacionais(Mattos).
Fornecidas pelo fabricante.
Importante para a seleção da bomba adequada.
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Curvas Teóricas
Relacionam a carga da bomba com a vazão em função do angulo de descarga do impelidor.
Figura 33: Curva Teórica Potência x Vazão
Figura 32: Curva Teórica Carga x Vazão
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Cálculo da carga da bomba:
Teoricamente, a carga de uma bomba centrífuga é definida como energia por unidade de massa que a bomba tem condições de fornecer ao liquido, para uma determinada vazão.
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Cálculo da carga da bomba:
Sendo:
Zs: Altura geométrica de descarga;
Ze: Altura geométrica de sucção;
Ps: Pressão na sáida da bomba;
Pe: Pressão na entrada da bomba;
Ve: Velocidade na entrada
Vs: Velocidade na saída
ɣ: Peso específico do fluido.
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Figura 34: Exemplo de curva Carga x Vazão
Figura 35: Exemplo de curva Carga x Vazão
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Curva inclinada (Rising)
Carga aumenta com a diminuição da vazão
Figura 36: Curva Rising
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Curva Ascendente/Descendente (Drooping)
Carga na vazão zero é menor que a desenvolvida para outras vazões.
Figura 37: Curva Drooping
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Curva Altamente Descendente (Steep)
Grande diferença entre a carga desenvolvida na vazão zero e a desenvolvida na vazão de projeto.
Figura 38: Curva Steep
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Curva Plana (Flat)
Carga varia pouco com a vazão, desde a vazão zero até o ponto de projeto.
Figura 39: Curva Flat
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Carga(H) X Vazão(Q) 
Curva Instável
Determinado valor de carga pode corresponder a duas ou mais vazões.
Figura 40: Curva Instável
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Potência X Vazão 
Figura 41 :Exemplo de curva Potência x Vazão
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Sendo:
Q: Vazão;
H: Carga da bomba;
ɣ: Peso específico do fluido.
Rendimento X Vazão
Figura 42: Exemplo de curva Rendimento x Vazão
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Sendo:
Pu: Potência Útil;
Pabs: Potência Absorvida;
Curva Característica
Figura 43: Exemplo de Curva – Bomba D’Água
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Característica Do Sistema 
Para se determinar o ponto de trabalho, torna-se necessário determinar qual a energia por unidade de peso que o sistema solicitará de uma bomba em função da vazão bombeada.
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Característica Do Sistema 
Para se determinar o ponto de trabalho, torna-se necessário determinar qual a energia por unidade de peso que o sistema solicitará de uma bomba em função da vazão bombeada.
Essa energia é denominada ALTURA MONOMÉTRICA DO SISTEMA – H.
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Característica Do Sistema 
Para se determinar o ponto de trabalho, torna-se necessário determinar qual a energia por unidade de peso que o sistema solicitará de uma bomba em função da vazão bombeada.
Essa energia é denominada ALTURA MONOMÉTRICA DO SISTEMA – H.
A altura manométrica é função de:
 
Altura estática da elevação do fluido;
Diferença de pressões entre a sucção e a descarga;
Perdas existentes do circuito.
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Fatores Que Influenciam a Altura Manométrica Do Sistema 
A altura geométrica (h) representa o desnível vertical a ser vencido desde o reservatório de sucção até o reservatório de recalque, quando se deseja elevar uma vazão Q do fluido. 
Figura 44 : Sistema de Bombeamento 
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A altura geométrica pode ser dividida em altura estática de sucção (Zs) e altura estática de descarga ou recalque (Zd).
h = Zs + Zd
Fatores Que Influenciam a Altura Manométrica Do Sistema 
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Altura estática de sucção: 
Figura 45: Disposições diferentes para bomba em relação a succção 
Fatores Que Influenciam a Altura Manométrica Do Sistema 
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Altura estática de descarga: 
Figura 46: Disposições diferentes para bomba em relação a descarga 
Fatores Que Influenciam a Altura Manométrica Do Sistema 
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Diferencial de pressão na sucção e na descarga: 
Seria a diferença entre a pressão de sucção e a pressão de descarga 
Figura 47: Sistema de bombeamento para tanques pressurizados 
Fatores Que Influenciam a Altura Manométrica Do Sistema 
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Perdas de carga existentes no circuito (hf):
A perda de carga representa a energia por unidade de peso perdida no trecho da tubulação em estudo.
hf = hfn + hfl
Figura 48: Perda de carga no circuito 
Fatores Que Influenciam a Altura Manométrica Do Sistema 
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Altura Monométrica Do Sistema – H
Cálculo da altura manométrica do sistema 
Sendo:
H = altura manométrica do sistema 
hd = altura manométrica de descarga 
hs = altura manométrica de sucção 
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Altura Monométrica Do Sistema – H
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Altura Monométrica Do Sistema – H
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Altura Monométrica Do Sistema – H
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Altura Monométrica Do Sistema – H
H estático 
Não varia com a vazão
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Altura Monométrica Do Sistema – H
H estático 
Não varia com a vazão
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H fricção = f (Q)
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Derteminação Da Curva Do Sistema
A curva do sistema é uma curva que mostra a variação da altura manométrica total em função da vazão.
Figura 49: Exemplo de uma curva característica do sistema 
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Derteminação Da Curva Do Sistema
A construção da curva do sistema segue os seguintes passos:
Fixam-se arbitrariamente valores de vazão;
Para a vazão 0: H = H Estático
Para as demais vazões, a determinação de H é feita somando ao valor de Hestático a perda de carga do sistema para cada vazão;
De posse dos pares de valores (Q, H) plota-se a curva. 
Q
H
0
H estático
Q1
H estático + perda de carga para vazão Q1
Q1<Qp
Q de operação
H estático + perda de carga para vazão quese deseja operar
Q2
H estático + perda de carga para vazão Q4
Q2>Qp
Tabela 1: Exemplo de uma tabela para a construção de uma curva característica do sistema 
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Derteminação Da Curva Do Sistema
Figura 49: Curva característica do sistema 
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Derteminação Do Ponto De Trabalho
O ponto normal de trabalho de uma bomba, é a interseção da curva Q x H da bomba com a curva do sistema. 
Figura 50: Ponto de normal de trabalho para uma bomba 
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Exemplo: 
Deseja-se transportar água a 20°C com vazão de 800L/min do reservatório S, que está a 12m e pressão de 1 Pa para o reservatório D, que está a 200m e uma pressão de 5 Pa. A tubulação é de aço comercial com diâmetro nominal de 4” (Dinterno = 0,10226 m), a rugosidade relativa é igual a 0,0004, com seis joelhos padrão de 90°, sendo 1 na linha de sucção e os outros 5 na linha de descarga e uma válvula globo aberta que se encontra na linha de descarga. Calcule a altura manométrica.
 
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Exemplo: 
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Exemplo: 
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Exemplo: 
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Bibliografia
DE MATTOS, EDSON E., DE FALCO, REINALDO, Bombas Industriais, 2ª Ed, Rio de Janeiro, Interciência 1998;
FERREIRA FILHO, J.; RODRIGUES, R. C. Monitoramento e controle de processos, Rio de Janeiro: Petrobras Brasília: SENAI/DN, 2003. 249 p. il. — (Série Qualificação Básica de Operadores);
 
BRASIL ALEX N. Máquinas Termohidráulicas de Fluxo. Fevereiro de 2010;
 
CREMASCO, M. A. Operações Unitárias em Sistemas Particulados e Fluidomecânicos. 2ª Edição. São Paulo: Blucher, 2012.
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Obrigado
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