DIMENSIONAMENTO DE UMA BOMBA PARA O SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA DO CAMPUS USP – SÃO CARLOS

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
ARIADNE CICHELLA SOBRAL 
LARISSA PERES DE OLIVEIRA 
LEONARDO ALEX SARTORI 
MARINA KFFURI FACCI 
NATALIA MARCARINI SIMIONATO 
 
 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE UMA BOMBA PARA O SISTEMA DE 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA DO CAMPUS USP – SÃO CARLOS 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA 
HIDRÁULICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PATO BRANCO – PR 
NOVEMBRO 2018
 
 
ARIADNE CICHELLA SOBRAL 
LARISSA PERES DE OLIVEIRA 
LEONARDO ALEX SARTORI 
MARINA KFFURI FACCI 
NATALIA MARCARINI SIMIONATO 
 
 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE UMA BOMBA PARA O SISTEMA DE 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA DO CAMPUS USP – SÃO CARLOS 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade prática supervisionada elaborada 
para a disciplina de Hidráulica, do Curso de 
Engenharia Civil, da Universidade 
Tecnológica Federal do Paraná – Câmpus 
Pato Branco, como requisito de nota parcial 
para avaliação do semestre. 
Prof°. Dr. Murilo Cesar Lucas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PATO BRANCO – PR 
NOVEMBRO 2018
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 – Potência do motor elétrico em função da potência da bomba. ................. 7 
Tabela 2 – Carga de pressão de vapor em função da temperatura. .......................... 8 
Tabela 3 – Dados calculados para a tubulação de recalque. .................................... 10 
Tabela 4 – Dados calculados para a tubulação de sucção. ...................................... 10 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 – Esquema de reservatórios e instalação de bombeamento de água da USP 
campus São Carlos. .................................................................................................. 10 
Figura 2 – Gráfico famílias de bombas de 1750 rpm e 60Hz. ................................... 11 
Figura 3 – Gráfico do rendimento e diâmetro da bomba que pertence à família 65-
250. ........................................................................................................................... 12 
Figura 4 – Gráfico da energia do sistema. ................................................................ 12 
Figura 5 – Gráfico da energia do sistema, da bomba e ponto de funcionamento desta. 
................................................................................................................................... 13 
Figura 6 – Gráfico do NPSH x vazão. ....................................................................... 14 
Figura 7 – Gráfico do rendimento da bomba. ............................................................ 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 5 
2. MEMORIAL DESCRITIVO .................................................................................... 6 
3. MEMORIAL DE CÁLCULO ................................................................................... 9 
4. CONCLUSÕES ................................................................................................... 16 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 17 
 
5 
1. INTRODUÇÃO 
 
O transporte de fluidos (líquidos e gases) é uma operação básica em muitas 
indústrias de processamento e em projetos de engenharia e, para que um fluido escoe 
ao longo de uma tubulação, ou seja introduzido em um equipamento, é necessária a 
ação de uma força impulsora. 
Segundo Porto (2006), a localização de muitas cidades em cotas bastante 
elevadas em relação aos recursos próximos, ou à enorme distância dos recursos que 
se encontram em posição mais alta que a cidade, constitui obstáculos à adoção de 
sistemas que funcionam por gravidade, no qual há o aproveitamento da energia 
potencial de posição para o transporte da água. Devido a tal fato, se faz necessário 
transferir energia para o líquido, por meio de um sistema eletromecânico, a fim de 
vencer esses obstáculos. 
O dimensionamento adequado da operação de bombeamento requer a seleção 
de uma bomba que opere a um custo mínimo com máxima eficiência. Assim, alguns 
fatores influenciam na escolha deste sistema motor-bomba, como o local da instalação 
e com isso a definição dos trechos de sucção e recalque do sistema. Infere-se que a 
sucção compreende o trecho da tubulação e seus acessórios entre o tanque de onde 
se quer bombear o fluido, e a entrada da bomba. Enquanto que o recalque é o trecho 
que compreende a tubulação e seus acessórios entre a saída da bomba e o 
reservatório para onde se quer bombear o fluido. Outros fatores que influenciam na 
escolha correta da bomba são as propriedades do fluido a ser escoado como a 
densidade e a viscosidade, assim como as perdas de carga na tubulação em ambos 
os trechos mencionados. 
A importância da avaliação de bombas de forma correta é evidenciada em 
indústrias e em sistemas de abastecimento de água, onde é essencial que o transporte 
de fluidos aconteça sem imprevistos, para que não acarrete em queda na produção e 
fornecimento e aumento de prejuízos com a compra de outras bombas. Para isso, é 
necessário realizar cálculos pontais de dimensionamento, para que cada sistema 
específico funcione de maneira eficiente e supra todas as necessidades com o menor 
gasto possível. 
6 
2. MEMORIAL DESCRITIVO 
 
Para o correto dimensionamento do sistema motor-bomba do sistema de 
abastecimento de água da USP campus São Carlos, serão seguidos alguns passos 
descritos a seguir. Primeiramente foi obtido o diâmetro de recalque pela expressão de 
Forchheimer descrita a seguir, recomendada pela ABNT na NBR 5626 que é a norma 
técnica que define os requisitos de projeto, execução e manutenção das instalações 
hidráulicas prediais de água fria para garantir bom desempenho nas redes, segurança 
sanitária e potabilidade de água, quando aplicável. 
𝐷 = 1,3 (
𝑇
24
)
0,25
√𝑄 
Onde 𝐷 é o diâmetro de recalque em metros, 𝑄 é a vazão em m3/s e 𝑇 o número 
de horas de funcionamento da bomba por dia. 
Para o diâmetro de sucção, foi escolhido o diâmetro comercial imediatamente 
superior ao de recalque calculado anteriormente. Isso é comumente feito com o 
objetivo de diminuir as perdas de carga na sucção, para se prevenir contra a 
possibilidade de ocorrência de cavitação. 
Em seguida foi calculado a altura total de elevação, através da equação de 
Darcy-Weisbach para a perda de carga, demonstrada abaixo. 
𝐻𝑚 = 𝐻𝑔 + ∆𝐻𝑠 + ∆𝐻𝑟 
Onde Hm é a altura total de elevação, 𝐻𝑔 é a diferença de cota entre os níveis 
de água da sucção e recalque, ∆𝐻𝑠 são as perdas de carga na sucção e ∆𝐻𝑟 as do 
recalque. Infere-se que todos estes parâmetros são dados em metros. 
Infere-se que para o cálculo das perdas de carga, como foi fornecido o valor da 
rugosidade da tubulação, foi utilizada a equação de Swamee-Jain demonstrada a 
seguir. 
𝑓 = 
0,25
[log (
𝜀
3,71𝐷 +
5,74
𝑅𝑒0,9
]
2 
Assim, foi necessário o cálculo do número de Reynolds, obtido através da 
equação abaixo, onde 𝜌 é a densidade da água, 𝜇 é a viscosidade cinemática da água, 
𝐷 é o diâmetro da tubulação e 𝑣 é a velocidade do escoamento, encontrada facilmente 
pela equação 𝑄 = 𝑣𝐴, onde 𝐴 é a área da seção do tubo e 𝑄 a vazão de projeto. 
7 
𝑅𝑒 = 
𝜌𝑣𝐷
𝜇
 
Posteriormente foi calculada a potência necessária, em cavalo-vapor, para o 
funcionamento da bomba, assumindo um rendimento prévio de 70%, através da 
equação abaixo. 
𝑃𝑜𝑡 = 
103𝑄𝐻𝑚
75𝜂𝐵𝑂𝑀𝐵𝐴
 
Analisando a equaçãoacima, temos que a vazão 𝑄 é dada em m3/s, o 𝐻𝑚 em 
metros e o rendimento da bomba (𝜂𝐵𝑂𝑀𝐵𝐴) é adimensional. 
Com isso foi calculado a potência do motor elétrico, pela adoção de uma 
margem de segurança sobre a potência da bomba, determinada anteriormente, 
através da análise da Tabela 1 abaixo. 
Tabela 1 - Potência do motor elétrico em função da potência da bomba. 
Potência da bomba Acréscimo 
Até 2HP 50% 
2 a 5HP 30% 
5 a 10HP 20% 
10 a 20HP 15% 
 Fonte: LUCAS, 2018. 
Em seguida, para a rotação de 1750 r.p.m. analisou-se alguns catálogos de 
fabricantes de bombas, e escolheu-se uma que se encaixasse à situação, indicando 
o ponto de funcionamento desta, o diâmetro do rotor, diâmetro da sucção e do 
recalque e o modelo da bomba escolhida. 
Outra condição para que a bomba funcione corretamente, evite gastos e 
problemas futuros, é a ausência de cavitação, que segundo PARKER, sd., 
“é um fenômeno físico que ocorre principalmente no interior de sistemas 
hidráulicos e que consiste na formação de bolhas de vapor no meio fluido. 
Isso ocorre quando a pressão estática absoluta local cai abaixo da pressão 
de vapor do líquido e, portanto, causa a formação de bolhas de vapor no 
corpo do líquido, isto é, a evaporação de óleo a baixa pressão na linha de 
sucção. A cavitação causa graves problemas, pois interfere na lubrificação 
e destrói a superfície dos metais. No lado de sucção da bomba, as bolhas 
se formam por todo o líquido. Isso resulta num grau reduzido de lubrificação 
e num consequente aumento de desgaste. ” 
PARKER, s.d. 
Assim, para verificar a cavitação, foi plotado o gráfico do NPSH (Net Positive 
Suction Head) que é a carga de sucção positiva líquida, ou seja, é a energia disponível 
na entrada da bomba. Este parâmetro pode ser dividido entre NPSHr (requerido) que
8 
é uma característica da bomba e trata da energia para a água se deslocar pelo rotor; 
e NPSHd que diz respeito à energia que depende do dimensionamento do sistema 
(tubulação) de sucção. A condição para que não ocorra cavitação é que o NPSHd seja 
superior ou igual ao NPSHr. Vale lembrar que o NPSHr é fornecido pelo catálogo do 
fabricante, enquanto que o NPSHd é calculado pela equação abaixo, já que a bomba 
é afogada. 
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 = (
𝑃𝐴𝑇𝑀 − 𝑃𝑉
𝛾
) + 𝑍 − ∆𝐻𝑠 
Onde 𝑃𝐴𝑇𝑀 é a pressão atmosférica do local, 𝛾 é o peso específico da água, 𝑍 
é a cota da bomba, ∆𝐻𝑠 são as perdas de carga na sucção e 𝑃𝑉 é a pressão de vapor. 
Esta última é calculada a partir da Tabela 2 que relaciona 
𝑃𝑉
𝛾
 com a temperatura do 
local onde será inserida a bomba. Infere-se que para a situação presente foi adotado 
o parâmetro referente à temperatura de 20°C. 
 
Tabela 2 - Carga de pressão de vapor em função da temperatura. 
𝑻 (°𝑪) 5 10 15 20 25 30 35 
𝑷𝑽
𝜸
(𝒎) 0,09 0,13 0,17 0,24 0,32 0,43 0,57 
 Fonte: LUCAS, 2018. 
Por fim, com os valores de rendimento e potência finais da bomba, extraídos 
do catálogo do fabricante, foi dimensionado a potência do motor elétrico necessário 
para que a bomba opere de maneira efetiva. 
10 
3. MEMORIAL DE CÁLCULO 
 
O esquema de reservatórios e instalação de bombeamento, mostrado na Figura 
1 a seguir na escala de 1:150, faz parte do anteprojeto do sistema de abastecimento 
de água do campus USP – São Carlos, localizado no setor sul, junto à creche. As 
tubulações de sucção e recalque serão de aço galvanizado (𝜀 = 0,15𝑚𝑚). O conjunto 
elevatório deverá operar durante 6 horas por dia. A vazão adotada para o sistema é 
de 18,25 l/s. 
Figura 1 – Esquema de reservatórios e instalação de bombeamento de água da USP campus São 
Carlos. 
Fonte: LUCAS, 2018. 
 
10 
Através de tal projeto demostrado acima, foi possível coletar algumas 
informações como o comprimento das tubulações, nível de água, acessórios utilizados 
e posição do nível de água no reservatório. 
Primeiramente, obteve-se um valor de 0,1242 m, para o diâmetro de recalque 
encontrado por meio da equação de Forchheimer. Desse modo, analisou-se os 
diâmetros disponíveis no mercado e adotou-se o mais próximo do valor encontrado, 
sendo este de 5”. Portanto, para o diâmetro de sucção adotou-se um diâmetro 
comercialmente maior, sendo este de 6”. 
Em seguida, partiu-se para o cálculo das perdas de carga na sucção e no 
recalque. Para tal foram consideradas as perdas de carga localizadas encontradas 
com base no método dos comprimentos equivalentes. Assim, encontrou-se os valores 
dispostos na Tabela 2 a seguir para a tubulação de sucção e na Tabela 3 para a de 
recalque. 
 
Posteriormente foi calculado a altura total de elevação com a equação de 
Darcy-Weisbach, sabendo que o 𝐻𝑔 é de 22,64 m, obtido através do projeto fornecido 
e fazendo uso de escala adequada. Assim, a altura total de elevação calculada é de
11 
24,133 m, que representa quanto de resistência que o sistema oferece para a bomba 
operar. 
Com tal valor em mãos e com o valor da vazão de 65,7 m3/h, traçou-se retas 
que representavam tais valores no gráfico do catálogo do fabricante KSB para 
encontrar a que família a bomba pertenceria. Desse modo, observando a Figura 2 a 
seguir, pode-se perceber que ela pertencerá a família 65-250. Assim, pode-se dizer 
que 65 é o diâmetro nominal da boca de recalque e 250 representa o diâmetro do rotor 
em milímetros. 
Assim, procurou-se no catálogo do fabricante KSB, os gráficos que 
representavam a família 65-250 a qual a bomba pertence, e encontrou-se então o 
rendimento desta bomba de 68% e o diâmetro de 250, conforme pode-se perceber na 
Figura 3 abaixo. Infere-se que a bomba escolhida é do modelo Meganorm, rotação de 
1750 r.p.m. e 60Hz
Figura 2 - Gráfico famílias de bombas de 1750 rpm e 60Hz. 
Fonte: KSB, 2013 (adaptado). 
 
12 
A partir de tais dados, foi possível a construção do gráfico que representa o 
sistema, estando este apresentado na Figura 4 a seguir. Foi localizado também o 
ponto que satisfaz o sistema, ou seja, uma vazão de 65,7 m3/h e altura total de 
elevação de 24,133 m. 
Figura 4 - Gráfico do rendimento e diâmetro da bomba que pertence à família 65-250. 
Fonte: KSB, 2013 (adaptado). 
 
Figura 3 - Gráfico da energia do sistema. 
Fonte: Autoria própria, 2018. 
13 
Em seguida, plotou-se o gráfico que descreve o funcionamento da bomba, 
juntamente com o gráfico anterior, obtendo assim o resultado final expresso na Figura 
5 abaixo. 
 
Com isso foi determinado o novo ponto de funcionamento da bomba, ou seja, 
o ponto de operação dela. Assim, encontrou-se uma nova vazão para o equipamento 
de 76,4 m3/h ou 0,0212 m3/s e uma nova altura total de elevação de 24,818 m. Desse 
modo, como esses valores não variaram muito se comparados com os obtidos 
anteriormente, pode-se dizer se torna um bom indicativo da possibilidade de uso 
desse modelo. 
Desse modo, para verificar essa situação da cavitação, foi obtido o gráfico 
apresentado na Figura 6 a seguir. Nenhum engenheiro quer ser responsável pela 
instalação de uma bomba que opere com ruído, vazão reduzida, e vida útil abaixo do 
esperado. Para assegurar uma operação silenciosa e livre de cavitação, o técnico de 
manutenção deve se certificar que o NPSH do seu sistema (NPSHd) é maior que o 
NPSH requerido pela bomba (NPSHr). Assim, analisando o gráfico construído, 
percebe-se que a condição é satisfeita e que a bomba escolhida não apresentará 
cavitação, uma vez que o NPSHd é superior à curva do NPSHr. 
Figura 5 - Gráfico da energia do sistema, da bomba e ponto de funcionamento desta. 
Fonte: Autoria própria, 2018. 
14 
Por fim, com o ponto de funcionamentoe a nova vazão e altura total de 
elevação, encontrou-se novamente o rendimento da bomba, sendo este de 68%, o 
mesmo encontrado anteriormente, o que significa que não houve grande variação nos 
resultados obtidos. Assim, foi feito o gráfico do rendimento da bomba utilizada com o 
auxílio do Excel. O resultado obtido está representado na Figura 7. 
Figura 7 - Gráfico do NPSH x vazão. 
Fonte: Autoria Própria, 2018. 
 
Figura 6 - Gráfico do rendimento da bomba. 
Fonte: Autoria Própria, 2018. 
15 
Desse modo, com todos os parâmetros dimensionados, calculou-se a potência 
necessária para que a bomba opere de modo efetivo, sendo esta de 10,12 HP. Já 
para a potência do motor elétrico foi encontrado 11,64 HP, ou seja 15% a mais do que 
a potência da bomba. Infere-se que a potência do motor deve ser sempre maior do 
que a da bomba, pois ocorrem as perdas de carga ao longo do sistema. 
 
16 
4. CONCLUSÕES 
 
A escolha de uma bomba para uma rede de abastecimento é um processo que 
envolve conhecimentos técnicos e sobre o local a ser aplicado. Uma bomba mal 
dimensionada pode causar problemas para a rede de abastecimento se for 
subdimensionada, causando falhas no abastecimentos, desgaste da canalização, e 
até mesmo cavitação na bomba. 
Já no caso de superdimensionamento, o maior problema é com o custo, tanto 
da instalação da bomba, quanto do gasto com energia elétrica, uma vez que a bomba 
trabalhará muito mais do que o necessário. 
Considerando esses aspectos, escolheu-se a bomba que melhor atendeu às 
necessidades impostas pelo sistema estudado, e que ao mesmo tempo, teve o melhor 
custo/benefício a longo prazo. 
Desse modo, a partir dos parâmetros calculados no presente trabalho, 
escolheu-se a bomba da fabricante KSB, modelo Meganorm, rotação de 1750 r.p.m. 
e 60Hz. A partir das curvas características do modelo, fornecidas pelo catálogo do 
fabricante em questão, verificou-se o ponto de funcionamento através da intersecção 
entre o gráfico do sistema e da bomba. Assim, adotou-se uma nova vazão e altura 
manométrica, valores estes correspondentes ao ponto de funcionamento do 
equipamento. 
Portanto, a bomba escolhida para satisfazer o sistema de abastecimento da 
USP campus de São Carlos, será apta para funcionar corretamente no local e 
condições impostas pelo estudo, possuindo eficiência e sendo assim, econômica em 
seu desempenho. 
Outro fato que se pode notar é a ausência da cavitação, observada a partir das 
curvas do NPSHr e NPSHd, onde a condição é que a curva da requerida seja menor 
do que a segunda para que não ocorra o problema da cavitação, o que também foi 
confirmado. Assim, a bomba terá um aumento em sua vida útil e também das outras 
peças do sistema, o que impacta também em um menor custo. 
Assim, a partir deste trabalho, foi possível aplicar o assunto estudado na 
disciplina de Hidráulica, simulando um situação real de dimensionamento de 
abastecimento de uma rede, onde foi dimensionada a bomba necessária para atender 
à demanda, o que possibilitou um melhor entendendimento de como funciona um 
dimensionamento na prática. 
 
17 
REFERÊNCIAS 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5626: 
Instalações Prediais de Água Fria. Rio de Janeiro, 1998. Disponível em: 
<http://mz.pro.br/hidraulicapredial/08-NBR_5626_Agua_fria.pdf>. Acesso em: 24 nov. 
2018. 
 
CARVALHO, L. C. Apostila de bombas. Disponível em: 
<http://bizuando.com/material-apoio/ope-uni1/Apostila-de-bombas.pdf>. Acesso em: 
24 nov. 2018. 
 
JUSTINO, D. NOGUEIRA, E. Dimensionamento do Sistema de Recalque para 
abastecimento de água da comunidade de Macundú, distrito de São João 
Marcos, município de Rio Claro, Rio de Janeiro. Disponível em: 
<http://web.unifoa.edu.br/cadernos/edicao/18/11.pdf>. Acesso em: 24 nov. 2018. 
 
KSB BOMBAS HIDRÁULICAS SA. Manual de curvas características. Várzea 
Paulista – SP, 2013. 
 
LUCAS, M. C. Slides e notas das aulas. Disponibilizados pelo professor via Moodle. 
 
PARKER. Tecnologia hidráulica industrial. Disponível em: < 
https://www.parker.com/literature/Brazil/Apres%20Hidrau%2027-04.pdf>. Acesso em: 
24 nov. 2018. 
 
P&Q ENGENHARIA. Benefícios do dimensionamento correto de bombas. 
Disponível em: <https://peqengenhariajr.com.br/os-beneficios-do-dimensionamento-
de-bombas-correto/>. Acesso em: 24 nov. 2018. 
 
PORTO, R. M. Hidráulica Básica. 4° ed. São Carlos: EESC-USP, 2006. 
 
RZR BOMBAS POSITIVAS. Como evitar a cavitação. Disponível em: 
<https://www.rzrbombas.com.br/suporte/entenda-o-que-e-npsh-e-como-evitar-a-
cavitacao/>. Acesso em: 24 nov. 2018.