Aula05 Rec

Prévia do material em texto

Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
1 
Máquinas de Fluxo 
 
Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva 
 
 
Escola Politécnica da USP 
Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas 
Mecânicos 
 
 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
2 
• Introdução 
Sistemas de Recalque 
• Sistemas de recalque e principais componentes 
• Primeira parte: 
• Morfologia das instalações, peculiaridades do comportamento 
operacional, forma de seleção e recursos de controle de 
operação 
• Segunda parte: 
• Bombas hidráulicas de fluxo isoladas: formas construtivas, 
morfologia das associações, triângulos de velocidade e 
transformação de energia + bombas volumétricas 
• NBR 10131 = terminologia de bombas hidráulicas de fluxo 
• Terceira parte: 
• Ejetores e aríetes (carneiros) hidráulicos 
• Válvulas: características operacionais, formas construtivas e 
metodologia de seleção 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
3 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Morfologia das instalações 
• Grande variedade de sistemas de recalque encontrados – porém, 
alternativas de morfologia e formas de instalação das bombas nas 
casas de máquinas = restringem-se às apresentadas aqui 
• Instalações de recalque: reservatório de recalque em cota superior 
válvula de pé 
srg CCH 
Desnível geométrico: Altura de sucção: 
bss CCH 
Sucção afogada: Sucção não afogada: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
4 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Morfologia das instalações 
• Instalações de recalque: reservatório de recalque em cota inferior 
• Bomba: suprir perdas ao longo do conduto 
válvula de pé 
srg CCH 
Desnível geométrico (valor 
negativo): 
Altura de sucção: 
bss CCH 
Sucção afogada: Sucção não afogada: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
5 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Bomba com sucção afogada 
• Obs.: Tubulação de sucção: sempre menor comprimento possível e 
menor número de curvas e conexões = menor perda de carga = 
menores riscos de cavitação 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
6 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Bomba com sucção não afogada 
• Deve-se ter líquido em contato com o rotor na partida 
• Preenchimento da tubulação de sucção com líquido para início da 
operação = escorva 
• operação manual - locais específicos da carcaça 
• operação automática = bombas auto-escorvantes 
• necessidade da válvula de pé – impede retorno 
• Obs.: entrada da bomba = pressões menores que a atmosférica 
• Obs.: maior altura de sucção teórica = 10,33m ao nível do mar 
(verificar); perda de carga + temperatura do fluido + cavitação = altura 
prática = 6 a 7m (formas construtivas especiais  > 7m) 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
7 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Instalação de recalque 
• Instalação mais simples: 
B. Bomba 
1. Registro de gaveta 
2. Válvula de retenção 
• Válvula de retenção: 
• permitir apenas escoamento ascendente 
• interrupção: retorno do líquido para reservatório inferior 
• início: aceleração do rotor em vazio = evita sobrecarga do acionamento (motor 
elétrico) 
• Registro de gaveta: 
• isolar condutos de recalque da parte ativa do sistema 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
8 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Determinação da dissipação na instalação 
• Dissipação de energia: perdas de carga local e distribuída 
g2
V
kh ss 
Perda de carga localizada: Perda de carga distribuída: 
Perda de carga total (hipóteses – perdas locais no duto de sucção e 
distribuídas no duto de recalque, incompressível e escoamento permanente): 
• ks: coeficiente de perda de carga 
localizada 
• V= Velocidade média máxima 
g2
V
D
L
fh
2
f 
• D= diâmetro do duto 
• L = comprimento do duto 
• f: coeficiente de perda de carga distribuída, 
f=f(Re,ε/D) – diagrama de MOODY 
• V= Velocidade média máxima 
2
2
5
r
4
s
s2t
KQ
Q
D
L
f
D
1
k
g
8
h










• Ds: diâmetro do duto de sucção 
• Dr: diâmetro do duto de 
recalque 
• K: constante dimensional da 
instalação 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
9 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Determinação da dissipação na instalação 
• Velocidade recomendada 
• Aplicação da seguinte equação para dimensionamento de condutos 
pode levar a situações de + de 1 incógnita: 
 
• Portanto  definidas velocidades recomendadas = reduz número de 
incógnitas 
• Valor sugerido de velocidade: razões econômicas 
2
5
r
4
s
s2t
Q
D
L
f
D
1
k
g
8
h 








Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
10 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Determinação da dissipação na instalação 
• Velocidade recomendada 
• Tabela de 
velocidades 
recomendadas: 
função do 
fluido recalcado 
e do material do 
conduto 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
11 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Associação de condutos 
• Instalações: rede de condutos de dimensões variadas 
= associações em série e paralelo de condutos 
• Associação em série 
• Representação e 
equacionamento: 
• Perda de carga: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
12 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Associação de condutos 
• Associação em paralelo 
• Obs.: associação em série e paralelo = associações mistas ou 
compostas instalações complexas 
• Representação e 
equacionamento: 
• Perda de carga: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
13 Sistemas de Recalque: Instalações 
• Adução por gravidade 
• Energia associada ao campo gravitacional: responsável 
pelo escoamento = não há trabalho de máquina 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
14 
• Curvas características de bombas hidráulicas de 
fluxo 
Sistemas de Recalque 
• Curva característica de carga em função da vazão ao longo de toda a 
faixa de operação da máquina 
• Cotas cheias: carga da bomba 
• Cotas tracejadas: indicam perda de carga entre seções de 
determinação da carga da bomba 
•Obs.: mesmo com vazão nula, há perda de carga no interior da 
máquina 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
15 
• Curvas características de bombas hidráulicas de 
fluxo 
Sistemas de Recalque 
• Exemplo: Bomba KSB 50-315 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
16 
• Curvas características de bombas hidráulicas de 
fluxo 
Sistemas de Recalque 
• Exemplo: Bomba KSB 50-315 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
17 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Tipos de curvas características 
• Valores de referência = análises qualitativas 
• Rotores radiais – 10 nq 30 ou 0,19 K 0,57    
• Geometria, triângulo de velocidade e curvas características 
• Faixa recomendada de 
operação da máquina: 
deve ser centrada no 
rendimento máximo 
(nesse caso, 1,35) 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
18 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Tipos de curvas características 
• Valores de referência = análises qualitativas 
• Rotores radiais – 30 nq 50 ou 0,57 K 0,95    
• Geometria, triângulo de velocidade e curvas características 
• Faixa recomendada de 
operação da máquina: 
deve ser centrada no 
rendimento máximo 
(nesse caso, 1,325) 
• Curvas características: 
muito próximas das dos 
rotores radiais anteriores 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
19 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Tipos de curvas características 
• Valores de referência = análises qualitativas 
•Rotores mistos fechados – 50 nq 80 ou 0,95 K 
1,52 
   
• Geometria, triângulo de velocidade e curvas características 
• Faixa recomendada de 
operação da máquina: 
deve sercentrada no 
rendimento máximo 
(nesse caso, 1,275) 
• Curvas características: 
muito diferentes das dos 
rotores radiais 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
20 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Tipos de curvas características 
• Valores de referência = análises qualitativas 
• Rotores mistos abertos – 80 nq 160 ou 1,52 K 
3,04 
   
• Geometria, triângulo de velocidade e curvas características 
• Faixa recomendada de 
operação da máquina: 
deve ser centrada no 
rendimento máximo 
(nesse caso, 1,2) 
• Curvas características: 
muito próximas das dos 
rotores axiais (seguintes) 
inflexão 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
21 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Tipos de curvas características 
• Valores de referência = análises qualitativas 
• Rotores axiais – 140 nq 400 ou 2,66 K 7,06    
• Geometria, triângulo de velocidade e curvas características 
• Faixa recomendada de 
operação da máquina: 
deve ser centrada no 
rendimento máximo 
(nesse caso, 1,15) 
• Curvas características: 
decrescentes com a 
vazão 
inflexão 
(d0) 
(d2) 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
22 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Tipos de curvas características 
• Observações sobre as curvas de bombas 
• Curvas características de uma bomba hidráulica de fluxo são 
definidas pelo projeto de seu rotor e de sua carcaça 
• Podem ser então encontradas curvas instáveis para qualquer 
forma construtiva = grandezas com comportamento crescente e 
depois decrescente com a vazão 
 
• Operação na região de instabilidade: pode conduzir a 
escoamentos pulsantes, vibrações, oscilações abruptas de carga e 
sobrecarga do sistema 
• Operação fora da faixa recomendada: deterioração do 
escoamento, induzindo vibrações, aumento de esforços sobre os 
mancais, descolamento do escoamento e escoamentos 
secundários no rotor (carga parcial = operação + crítica) 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
23 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Influências externas sobre as curvas de uma bomba 
• Podem alterar as características de operação de uma 
bomba 
• Relacionadas com as próprias condições operacionais e 
com a viscosidade do fluido recalcado 
• Condições operacionais: associadas ao tempo de 
operação da máquina 
• Viscosidade: também está relacionada ao tempo de 
uso da instalação em questão + recalque de fluidos 
diferentes (Exemplo: instalações de recalque de 
combustíveis) 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
24 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Influências externas sobre as curvas de uma bomba 
• Tempo de operação 
• Vida útil da máquina: estende-se por décadas 
• Alteram-se as superfícies 
• do rotor 
• das demais partes do órgãos em contato com o escoamento 
• Incrustações, desgaste por abrasão (cavitação), oxidação e atrito com 
partículas em suspensão 
• Ocorrem mudanças nas curvas da bomba: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
25 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Influências externas sobre as curvas de uma bomba 
• Viscosidade 
• Operação da máquina com fluidos cujas características físicas são 
muito diferentes que as dos fluidos comuns (água)  alterações 
nas curvas das bombas 
• Viscosidade cinemática da água: ν=10-6m2/s (curvas por 
fabricantes) 
• Limite para bombas de fluxo convencionais: 500x10-6m2/s 
• Formas construtivas especiais: até 1000x10-6m2/s 
• Acima: bombas volumétricas (menor sensibilidade) 
• Obs.: quanto maior a viscosidade, maior será a sensibilidade à 
cavitação 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
26 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Influências externas sobre as curvas de uma bomba 
• Viscosidade 
• Coeficientes de correção para o cálculo de carga, vazão e 
rendimento: literatura 
• Exemplo: 
mm2/s 
• Fluidos newtonianos homogêneos 
• Rotores radiais 
• Carga disponível=suficiente para não 
haver cavitação 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
27 Sistemas de Recalque: Curvas Características 
• Influências externas sobre as curvas de uma bomba 
• Viscosidade 
• Exemplo: Bomba Sulzer ZA 80-250 para água e óleo 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
28 Sistemas de Recalque 
• Ponto de funcionamento de uma bomba hidráulica 
de fluxo 
• Nível de energia a ser transferido ao fluido: energia potencial 
(desnível geométrico) + perdas de carga 
• Equilíbrio entre a energia fornecida e a utilizada = condição 
operacional da bomba 
:0 a ou ,ser pode que CCH srg 
  2
5
r
4
s
s2srB
Q
D
L
f
D
1
k
g
8
CCH 








Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
29 Sistemas de Recalque: Ponto de Funcionamento 
• Escolha de uma bomba hidráulica de fluxo 
• Escolha da bomba = 
determinação de seu 
ponto de 
funcionamento 
• Exemplo: bomba 
KSB ETANORM 100-
200, a 3500 rpm 
• Dados: 
• Hg= 25m; 
• f=0,02; 
• L=1000 m; 
• D=0,2 m; 
• Assim: Δht=5164,2 Q
2 
• Obs.: grandezas 
variam com o 
diâmetro do rotor, 
conforme leis de 
semelhança 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
30 
• Regulagem por manobra de válvula 
Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Válvula de controle de vazão 
• Introduz variação na perda de carga localizada no sistema 
B. Bomba 
1. Válvula de controle 
de vazão 
2. Válvula de retenção 
• Obs.1: nq>60: Potência decresce com vazãoevitar esse tipo de 
regulagem 
• Obs.2: mesmo em máquinas radiais de grande porte: usar essa 
regulagem apenas próximo ao ponto ótimo 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
31 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Regulagem por associação de bombas 
• Instalações com demanda muito variável 
• Permite que as bombas operem próximas de 
seu ponto de máximo rendimento 
• Quanto maior o número de bombas associadas 
 menor o porte  maior poderá ser a sua 
rotação 
• Obs.: não há sentido falar em associação de 
rotores no mesmo eixo! 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
32 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Regulagem por associação de bombas 
• Associação de bombas em paralelo 
• Obs.: características de cavitação e rendimento: mais convenientes 
para Hg>Hdim (perda de carga) 
Curvas: 1 bomba e associação 
• Equacionamento: 
0,5
q1qasp nnn 
• 2 bombas: • n bombas: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
33 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Regulagem por associação de bombas 
• Associação de bombas em série 
• Obs.1: cavitação e rendimento: mais convenientes para Hg Hdim 
• Obs.2: carga (pressão) interna às máquinas: cresce com o avançar do 
escoamento 
Curvas: 1 bomba 
e associação: 
• Equacionamento: 
-0,75
q1qass nnn 
• 2 bombas: • n bombas: 

Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
34 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Regulagem por by-pass 
• By-pass no recalque da 
bomba: operá-la sempre 
próximo da melhor 
condição operacional 
• Ponto de 
funcionamento de 
bomba regulada por 
by-pass 
• Obs.: haverá sempre uma vazão máxima no by-pass 
• Obs.2: pior rendimento: vazão no by-pass = perdas volumétricas 
• Obs.3: limitada a bombas hidráulicas de elevada rotação específica = P 
decresce com Q 
• Figura: 
simplificação 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
35 
• Regulagem por variação de rotação 
Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Não influencia a curva de dissipação do sistema 
• Altera as curvas características da bomba 
• Nova curva: Leis de Semelhança (D constante) 
2
p
2
m
p
m
n
n
H
H

p
m
p
m
nn
Q
Q

3
p
3
m
p
m
n
n
P
P

2
p
2
m
p
m
n
n
NPSH
NPSH

• Possibilidade de operar 
bomba em pontos de 
funcionamento numa estreita 
faixa em torno do ponto ótimo 
• problema: para variação 
contínua = forma mais onerosa 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
36 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Comparação entre regulagem por válvula, by-pass 
e variação da rotação 
• Figura: comparação 
qualitativa 
• Regulagem por by-pass 
pode impor cavitação 
• Figura: menor vazão a ser 
recalcada = 220 m3/h  
vazão na bomba = 480 m3/h 
(máxima), vazão no by-
pass = 260 m3/h 
• Menor que 220 m3/h = 
vazão na bomba que leva à 
cavitação 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
37 
• Regulagem por manobra de pás do rotor 
Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Bombas de elevada rotação específica, mistas abertas e axiais, e porte elevado, 
podem ter suas pás movimentadas durante a operação = turbinas Kaplan 
• Vantagem: operar sempre próximo do máximo rendimento 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
• Adequação das curvas da bomba à operação 
• Intervenções alteram definitivamente o rotor 
• Usinagem do diâmetro externo 
38 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Cálculo por semelhança, mesmo não sendo respeitada plenamente 
• Cálculo aproximado das novas condições operacionais: mantida a 
rotação constante 
• O índice n varia entre os valores 2 e 3 
• Correções iguais ou acima de 6% no diâmetro: n=2 
• Correções iguais ou abaixo de 1% no diâmetro: n=3 
• Obs.: o rendimento do rotor se reduz com a usinagem 
• Obs.: carga absoluta requerida aumenta com a redução de diâmetro, 
particularmente em sobrecarga (até 5%, variação da carga desprezível) 
n
p
m
p
m
D
D
H
H









n
p
m
p
m
D
D
Q
Q









Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
• Adequação das curvas da bomba à operação 
• Afilamento da saída das pás 
39 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Redução de espessura aumento do ângulo de saída e da largura de 
saída do canal 
• Aumenta em cerca de 5% a carga na região do ponto ótimo e também 
o rendimento 
• Obs.: mínimo recomendado: emin = 2mm 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
40 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Condições limites de operação 
• Operação fora do ponto de máximo rendimento = condições de 
anormais de operação: podem levar a danos sério ou até definitivos 
• Sobrecarga: risco de cavitação 
• Carga parcial: risco de cavitação diminui, mas a máquina é 
submetida a vibrações e pulsos de pressão, conseqüências da 
recirculação e do descolamento do escoamento. Q condição 
operacional 
• Portanto: determinar Q mínima de operação 
• Bombas de pequeno e médio porte: determinada a partir da 
elevação de temperatura imposta pela redução do rendimento 
operacional 
• Bombas de grande porte: elevaçãpo de temperatura + 
comportamento hidráulico sob carga parcial 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
41 Sistemas de Recalque: Operação das Bombas 
• Condições limites de operação 
• Elevação de temperatura 
• Curvas características + 
variação de temperatura do 
líquido entre entrada e saída 
da bomba (qualitativas): 
• Sulzer (1986) propõe 
ΔTmax=20
oC 
 










1 
2
H
c
10x81,9
T
3
B
• Obs.: redução da vazão impõe também aumento dos esforços axiais e 
radiais induzidos pelo escoamento  mancais 
• Variação de temperatura 
(empírica): 
• Bombas pequenas 
(<=100kW): 
max
u
min
Tc
P
Q


• c: calor específico do 
fluido recalcado 
• H: altura de elevação 
• Grandezas da bomba: 
medidas no pto de 
análise 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
42 Sistemas de Recalque: Partida e Parada 
• Partida com válvula de controle de vazão fechada 
• Tubulação cheia ou vazia 
• Bomba acelera até sua rotação de regime, com Q=0  (1) 
• Abertura: (2) 
• Bombas de elevada potência: válvula parcialmente aberta  vazão 
mínima 
• Usar somente com nq reduzido = potência cresce com Q 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
43 Sistemas de Recalque: Partida e Parada 
• Partida com retenção fechada e controle aberto 
• Válvula de retenção instalada à saída da bomba: conduto 
preenchido com líquido 
• Coluna = desnível geométrico da instalação: deverá ser 
vencido(a) pela bomba: 
• Várias rotações 
da bomba até o 
regime 
permanente 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
44 Sistemas de Recalque: Partida e Parada 
• Partida com controle aberto e tubulação vazia 
• Aceleração sem oposição da bomba: vazão se eleva 
rapidamente 
• Cavitação 
• Máquinas de elevada nq: potência decresce com vazão 
• Obs.: evitar cavitação: válvula fechada = caso anterior 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
45 Sistemas de Recalque: Partida e Parada 
• Parada com válvula de retenção 
• Em princípio = corte de energia – motor elétrico 
• Massa fluida perde velocidadeinversão de sentido de 
deslocamento = escoamento por gravidade 
• Válvula de retenção = bloqueia escoamento descendente 
• Obs.: gradiente intenso de carga na face da válvula de 
retenção: exigem-se sistemas de proteção 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
• Em princípio = corte de energia – motor elétrico 
• Massa fluida perde velocidade  inversão de sentido de 
deslocamento = escoamento por gravidade 
 
 
 
 
 
 
• Ausência da válvula de retenção = escoamento freia e 
inverte sentido de rotação do rotor  bomba = freio 
• Obs.: podem ocorrer rotações extremas = problemas 
estruturais 
46 Sistemas de Recalque: Partida e Parada 
• Parada sem válvula de retenção 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
47 Sistemas de Recalque: Partida e Parada 
• Auxílios ao bloqueio por válvula de retenção 
1. Válvula de controle programável à saída da bomba: 
fechar dentro das condições adequadas = retenção 
bloqueia o escoamento apenas quando os gradientes 
de pressão não são elevados ( em menor energia 
cinética do escoamento) 
2. Aumento da inércia das massas móveis da bomba: 
instalação de volante = desaceleração controlada  
gradientes de pressão controlados 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
48 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo radial e misto 
• Menores rotações específicas 
• Vazões menores – Cargas maiores 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
49 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo radial e misto 
• Projeções em planta e em elevação de bomba radial: 
f 
h 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
50 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo radial e misto 
• Corte dos rotores e da carcaça das 
bombas instaladas na Usina 
Reversível Rosshag 
• 2 rotores em série = elevar a carga 
fornecida = menores diâmetros e 
menores solicitações individuais 
• Obs.: rotores pequenos: fundidos e não 
usinados; rotores grandes: sob 
encomenda e totalmente usinados 
VOITH 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
51 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo radial e misto 
• Bombas submersas para poços profundos 
• Poços profundos: altura de 
succção não afogada 
superior a cerca de 7m 
• Conjunto motor-bomba: 
mergulhado no fluido 
• Pequenos diâmetros 
externos do conjunto motor-
bomba = menores custos de 
perfuração 
mista: 
radial: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
52 Sistemas de Recalque: BombasHidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo radial e misto 
• Bombas verticais para poços profundos 
• Desloca-se o rotor até o 
líquido 
• Motor: na superfície  
eixo longo 
• Exemplo de aplicação: 
fluidos inflamáveis e 
explosivos 
• Limitações: relacionadas ao 
eixo longo, difícil de apoiar e 
sujeito a vibrações  eixo 
50 m 

Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
53 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo axial 
• Interesse por elevadas vazões se sobrepõe às alturas de elevação 
• Pequena ocupação de espaço pelas pás  elevadas vazões 
• Dispensam carcaça: baixas velocidades de saída 
b 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
54 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo axial 
• Bomba com rotor de pás axiais 
reguláveis – bombas Kaplan 
• Usina Termelétrica Altbach (Alemanha) 
– bomba: recalque de água para 
resfriamento 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
55 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluxo axial 
• Bomba com eixo inclinado 
• Peculiaridade da instalação: variador de rotação entre motor e rotor 
• Usina Hidrelétrica Hieflau (Alemanha) 
• Voith 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
56 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas de fluxo com rotores associados 
• Em série 
• Incrementar a altura total de elevação 
• Reduzir o diâmetro do rotor  reduzir máquina 
• Exemplo: bombas submersas 
• Faces de pressão e sucção únicas  Q cte, altura total aumenta 
75,0
qassqr jnn 
1. Eixo 
2. Rotor 
3. Difusor 
4. Tirante 
5. Flange de entrada 
6. Flange de saída 
• Relação entre rotações específicas de 1 rotor e da associação: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
• Relação entre rotações específicas de 1 
rotor e da associação: 
57 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas de fluxo com rotores associados 
• Em paralelo 
• Incrementar Q no sistema 
• Redução de dimensões e 
massa com relação à 
associoção de bombas 
independentes 
• Sucções específicas para 
cada rotor, mas 1 saída  
altura total cte, Q aumenta 
• Forma construtiva: espeços 
vazios suficientes para fluxos 
elevados 
KSB 
5,0
qassqr inn

Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
58 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas de fluxo com rotores associados 
• Em série e paralelo 
• Características das duas associações simples: incrementos de vazão e 
altura de elevação, em máquinas pequenas e com poucas partes 
(sempre com relação à associação de bombas) 
Conjunto 1: dois rotores 
associados em série 
Conjunto 2: dois rotores 
associados em série 
Conjuntos 1 e 2: associados 
em paralelo 
3. Sucção (entrada) 
4. Carcaça (saída) VOITH 
• Relação entre rotações específicas de 1 rotor e da associação: 
5,075,0
qassqr ijnn

Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
59 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Bombas de fluxo com rotores associados 
• Configurações de rotores em associações 
• Algumas montagens possíveis de rotores quando da 
configuração de associações 
• Rotores indicam montagem física; linhas = condutos 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
60 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Formas construtivas especiais 
• Podem ser encontradas composição de rotores diferentes ou rotores 
com pás fora dos padrôes já vistos 
• Exemplo: bomba de fluxo radial munida de um indutor: maior 
pressão na sucção do rotor radial  reduz sensibilidade à cavitação 
• Peso e volume 
reduzidos e alto 
desempenho em 
pequenos 
intervalos de 
tempo. 
• Aplicação: área 
aero-espacial 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
61 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Formas construtivas especiais 
• Exemplo: bomba de fluxo radial auto-escorvante 
• Pode ser usada 
nas 2 posições 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
62 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Formas construtivas especiais 
• Exemplo: bomba de pás retas 
• Nome comercial: Vortex 
• Rotações muito elevadas 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
63 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Formas construtivas especiais 
• Exemplo: Bomba centrífuga para circulação extra-corpórea de 
sangue 
• Competem com bombas peristálticas 
• Normalmente: bomba 
peristáltica. Exemplo: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
64 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Rotores para bombas hidráulicas de fluxo 
• Forma contrutiva dos rotores: 
• identifica as bombas de 
fluxo 
• define suas características 
operacionais 
• Rotores para líquidos limpos 
= sem a presença de sólidos em 
suspensão em proporção 
elevada (ex: água com areia em 
suspensão) 
• Obs.: mais pás = menor 
volume vazio = menor Q 
• Obs.: maior variação de 
diâmetro = mais energia ao 
fluido 
• Vazões 
crescentes 
• Cargas 
decrescentes 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
65 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Rotores para bombas hidráulicas de fluxo 
• Fluidos com sólidos em suspensão ou líquidos sujos 
• Esgoto in natura, pastas, massas, minérios 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
66 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Rotores para bombas hidráulicas de fluxo 
• Rotor axial de bomba para implante cardíaco 
• Suplementação da ação de corações debilitados 
• Diâmetro externo: 12 mm 
• Pesquisas sugerem que o fluxo axial = menos hemólise 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
67 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Triângulos de velocidade em bombas hidráulicas 
de fluxo 
• Bombas radiais e mistas: face de sucção 
• Triângulos retângulos 
em todas as 3 
condições operacionais 
analisadas 
• Triângulo de linhas contínuas: máximo rendimento 
• Sob carga parcial: velocidade absoluta (e Q) menor 
• Em sobrecarga: velocidade absoluta (e Q) maior 
• Últimos dois casos: entrada com choque = perdas adicionais 
 *11 
 *11 
 *11 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
68 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Triângulos de velocidade em bombas hidráulicas 
de fluxo 
• Bombas radiais e mistas: face de pressão 
• Existindo difusores à saída da bomba, c2 = paralela à entrada das pás 
• Não é possível caracterizar saída paralela às pás no ponto ótimo 
• Abaixo: 2 triângulos: real (linhas contínuas) e ideal (linas tracejadas) 
• Obs.1: base igual (velocidade tangencial) 
• Obs.2: altura igual (velocidade 
meridiana) 
• Obs.3: se conhecida a diferença entre as 
projeções das velocidades absolutas na 
direção tangencial, Δcu  obtenho 
triângulo real partindo do ideal 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
69 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Triângulos de velocidade em bombas hidráulicas 
de fluxo 
• Bombas radiais e mistas: face de pressão 
• Explicação: 
 1u12u2th cucuY 
• Equação de Euler: 
• Entrada irrotacional: 
• Aplicada ao triângulo ideal: 
• Trabalho específico real (< ideal): 
• Fator de redução: 
2u2th cuY 
*
2u2th cuY 
2u2cuY
YYY th
• Escorregamento (obtido usando ΔY): 
2u
*
2uu ccc 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
70 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Transformação de energia em bombas hidráulicas 
de fluxo 
• Trabalho específico: equação de Euler: 
• Trabalho específico nas pás: afetado pelo rendimento 
hidráulico: 
h
th
tp
Y
YY


• Potência nas pás: 
trtrp YQHgQP 
 1u12u2th cucuY 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
71 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Transformação de energia em bombas hidráulicasde fluxo 
• Vazão mássica pelo rotor: 
vazão nominal + fuga pelos 
labirintos (perdas volumétricas) 
• Como para turbinas: 
alpi PPP 
• Perdas por atrito lateral, impostas por tensões de cisalhamento nas 
folgas entre rotor e carcaça 







m
m
1mmm llr 

   










m
m
1
Y
mmm
Y
P l
h
th
l
h
th
p 


i
p
i
P
P


  










Q
Q
1
H
gQQQ
H
gP l
h
th
l
h
th
p
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
72 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Transformação de energia em bombas hidráulicas 
de fluxo 
• Potência útil: deve suprir as perdas nos mancais e vedações 
acopl
u
motor
P
P


• Acoplamento para a transmissão entre o motor elétrico e a bomba: 
mviu PPP 
m
i
u
P
P


Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
73 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Transformação de energia em bombas hidráulicas 
de fluxo 
• Representação esquemática do fluxo de potência em bombas 
hidráulicas de fluxo: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
74 Sistemas de Recalque: Bombas Hidráulicas 
• Transformação de energia em bombas hidráulicas 
de fluxo 
• Contribuição de cada componente para as perdas - bombas de fluxo 
de alta qualidade: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
75 Sistemas de Recalque: Bombas Estáticas 
• Bombas alternativas 
• Instalação operada por bomba alternativa de simples 
efeito: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
76 Sistemas de Recalque: Bombas Estáticas 
• Bombas alternativas 
• Bomba alternativa de duplo efeito 
• Atenua inconvenientes do caso anterior (solicitações 
cíclicas) 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
77 Sistemas de Recalque: Bombas Estáticas 
• Bombas alternativas 
• Curvas características: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
78 Sistemas de Recalque: Bombas Estáticas 
• Bombas alternativas 
• Bomba de concreto 
• 2 pistões de simples efeito e válvulas rotativas 
• Caminhões-betoneira 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
79 Sistemas de Recalque: Bombas Estáticas 
• Outras bombas estáticas 
• Bomba de engrenagens 
com dentado externo 
• Bomba de engrenagens com 
dentado interno e externo 
• Bomba de parafuso de 
simples efeito 
• Bomba de parafuso de 
duplo efeito 
• Circulação de óleo lubrificante - motores a combustão interna: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
80 Sistemas de Recalque: Bombas Estáticas 
• Outras bombas estáticas 
• Bomba de parafuso (extrusora) – ex.: mangueiras e tubos 
• Bomba de palhetas – ex.: recalque de combustível (impede 
formação de vapor) 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
81 
• Ejetores e Aríetes hidráulicos 
• Alternativas de recalque de fluidos 
• Não se enquadram na definição de máquinas 
• Indicados para pequenos aproveitamentos (sítios, 
bombas de brinquedos, etc.) 
• Limitações de rendimento (ejetores) e vazão 
máxima (aríetes)  aplicações específicas 
Sistemas de Recalque: Ejetores e Aríetes 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
82 Sistemas de Recalque: Ejetores e Aríetes 
• Ejetores 
• Práticos e baratos 
• Ex. importante de aplicação: altura de sucção não afogada 
supera o limite – 7m 
• Rendimento reduzido: rendimento volumétrico máximo ~ 
30%  sistemas de baixa potência (fator limitante = custo) 
sucção 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
83 Sistemas de Recalque: Ejetores e Aríetes 
• Aríetes (“Carneiro”) hidráulicos 
• Práticos e baratos 
• Reservatório elevado = desnível > 0 = aríete está afogado 
• Instalação: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
84 Sistemas de Recalque: Ejetores e Aríetes 
• Aríetes (“Carneiro”) hidráulicos 
• Detalhe da válvula de 3 vias do aríete 
• Duas posições extremas da válvula: funcionamento 
1. Aumento da vazão: 
menor pressão no 
obturador 
2. Peso age e interrompe 
o fluxo, desviando-o 
para ambiente 
3. Pressão sobe 
rapidamente e 
empurra o peso, 
fechando saída para 
ambiente 
Peso 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
85 Sistemas de Recalque: Ejetores e Aríetes 
• Aríetes (“Carneiro”) hidráulicos 
• Operam como máquinas volumétricas 
• Atenuar picos de pressão: acumulador = câmara 
pneumática (igual à encontrada em bombas volumétricas) 
• Também equaliza vazões = escoamento menos pulsante 
• Não existe limite de altura para o recalque 
• Alta confiabilidade 
• Reduzidas vazões  sistemas de baixa responsabilidade: 
enchimento de caixas d’água, piscinas, etc. 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
86 Sistemas de Recalque 
• Válvulas 
• Controlam escoamento em condutos 
• Representam as principais fontes de problema 
numa instalação: sujeitas a desgastes, 
vazamentos, panes, etc.  menor quantidade 
possível 
• Objetivo: expor características gerais e de 
regulagem das válvulas 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
87 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Classificação 
• Como em bombas, condição de manobra das 
válvulas: definida pelo sistema a ser controlado 
• Classificação das válvulas: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
88 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Componentes de uma válvula 
• 2 partes principais: castelo e corpo 
• Corpo: aloja a sede da válvula e 
extremidades de fixação à tubulação 
• Castelo: contém guia da haste e 
elementos de vedação da haste - acesso 
 
 
 
• Internamente: obturador, 
mecanismo de acionamento do 
mesmo, e suas respectivas sedes 
• Vedação do mecanismo de 
acionamento: caixa de gaxetas 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
89 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas ou registros de gaveta 
• Válvulas de gaveta: • Válvula de gaveta 
de fechamento 
rápido: 
• Válvula de 
gaveta de 
passagem plena: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
90 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas ou registros de gaveta 
• Coeficiente 
de perda de 
carga 
singular: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
91 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas de macho 
• Válvulas de acionamento rápido (pressões elevadas) 
• Vantagens sobre as de gaveta: menores dimensões e 
sensibilidade a sedimentos 
• Reduzida perda de carga quando totalmente abertas 
• Obturador 
cônico 
vazado: 
• Obturador 
esférico 
vazado: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
92 
• Coeficiente de perda de carga localizada para válvula de 
esfera 
Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas de macho 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
93 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas de globo 
• Válvula 
de globo: 
• Válvula 
angular: 
• Válvula 
de agulha: 
• Válvula 
em Y: 
• Hidráulica 
residencial 
• Pequenas 
vazões e 
diâmetros 
• Menores 
perdas 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
94 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas de globo 
• Coeficiente de perda de carga localizada 
• Manobra lenta = reduz 
risco de ocorrência de 
transitórios 
• Facilidade de 
montagem e 
manutenção 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
95 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas borboleta 
• Válvula de borboleta de 3 m 
de diâmetro em fase de 
fabricação: 
• Duto com válvula de 
borboleta; (a) obturador 
simples; (b) obturador reforçado 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
96 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas borboleta 
• Coeficientede perda de 
carga localizada: 
• Várias condições de 
formação de zonas 
mortas em função da 
forma do obturador 
• Obs.: válvulas 
borboleta = válvulas de 
acionamento rápido 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
97 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas de rentenção 
• Válvula de retenção 
e fechamento: 
• Válvula de 
retenção de 
portinhola: 
• Válvula de 
retenção de 
esfera: 
Prof. Dr. Emilio C. Nelli Silva 
98 Sistemas de Recalque: Válvulas 
• Descrição de válvulas 
• Válvulas de segurança e alívio 
• Válvula de 
segurança e alívio de 
mola: 
• Válvula Ventosa 
• Evita formação de vácuo 
Ar