BOMBAS HIDRÁULICAS - aula presencial - parte 1 E 2 (1)

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BOMBAS HIDRÁULICAS
DISCIPLINA: HIDRÁULICA
PROF. GABRIEL PEREIRA GONÇALVES, M.Sc.
Itaperuna , 2019
BOMBAS HIDRÁULICAS – PARTE 1
Introdução 
Máquina de Fluxo:
máquina de fluido, em que o escoamento fluiu continuamente, ocorrendo transferência de quantidade de movimento de um rotor para o fluido que atravessa, transformando sua energia. 
Exemplos típicos: turbina hidráulica, bomba centrífuga, ventiladores, compressores frigoríficos, bomba de ar manual, freio hidráulico de um veículo, dinamômetro hidráulico. 
Introdução 
BOMBAS hidráulicas:
Os equipamentos abordados nesta aula serão as bombas que adicionam energia a um fluido. 
4
Bombas 
Definição :
Máquinas nas quais a movimentação do líquido é produzida por forças que se desenvolvem na massa líquida. . 
Bombas hidráulicas são máquinas de fluxo, cuja função é fornecer energia para a água, a fim de recalcá-la (elevá-la), através da conversão de
energia mecânica de seu rotor proveniente de um motor a combustão ou de um motor elétrico. Desta forma, as bombas hidráulicas são tidas como máquinas
hidráulicas geradoras.
5
TIPOS DE BOMBAS 
Bombas de Deslocamento Positivo (Volumétricas):
o volume de líquido remetido está diretamente relacionado com o deslocamento do elemento pistão e, portanto, aumenta diretamente com a velocidade e não é sensivelmente afetado pela pressão. São usadas para bombeamento contra altas pressões e quando requerem vazões de saída quase constantes. 
Bombas Centrífugas (turbobombas):
são aquelas em que a energia fornecida ao líquido é primordialmente do tipo cinética, sendo posteriormente convertida em grande parte em energia de pressão. Nas bombas centrífugas a movimentação do líquido é produzida por forças desenvolvidas na massa líquida de um rotor. Estas bombas caracterizam-se por operarem com altas vazões, pressões moderadas e fluxo contínuo. Podem ser utilizadas em irrigação, drenagem e abastecimento. 
TIPOS DE BOMBAS 
Outros exemplos:
Bomba Diafragma;
Bomba a Jato; 
Bomba Eletromagnética.
Vantagens da bomba centrífuga
a) Maior flexibilidade de geração: Uma única bomba pode abranger uma grande faixa de trabalho variando seu diâmetro e rotor; 
b) Pressão máxima: Não existe perigo de se ultrapassar a pressão máxima da bomba em operação; 
c) Pressão uniforme: Se não houver alteração de vazão a pressão se mantém constante; 
d) Baixo custo: são bombas que apresentam bom rendimento e construção relativamente simples. 
Princípios de funcionamento
As transformações de energia acontecem em virtude de duas partes principais da bomba: o impulsor e a voluta, ou difusor . 
Impulsor - parte giratória que converte a energia do motor em energia cinética;
Voluta ou difusor - parte estacionária que converte a energia cinética em energia de pressão. 
Trajetória do fluxo do líquido
. 
Componentes gerais de um bomba centrífuga 
. 
Componentes rotativos 
. 
Rotor aberto: 
Uso: bombas de pequenas dimensões. 
Pouca resistência estrutural e baixo rendimento; 
Dificulta o entupimento, podendo ser usado para bombeamento de líquidos sujos. 
Componentes rotativos 
. 
Rotor fechado: 
Uso: no bombeamento de líquidos limpos. 
Contêm discos dianteiros as palhetas fixas em ambos. 
Evita a recirculação de água (retorno da água à boca de sucção). 
Componentes rotativos 
. 
Rotor semifechado: 
Contém apenas um disco, onde são afixadas as palhetas. 
Demais classificações das bombas
. 
Demais classificações das bombas
. 
Demais classificações das bombas
. 
Demais classificações das bombas
. 
e) Quanto à posição do eixo da bomba em relação ao nível da água (NA) 
Bomba de sucção positiva: quando o eixo da bomba situa-se acima do nível do reservatório.
Bomba de sucção negativa ("afogada"): quando o eixo da bomba situa-se abaixo do nível do reservatório.
Cavitação das bombas
. 
Fenômeno que decorre mediante a ebulição da água no interior dos condutos, quando as condições de pressão caem a valores inferiores a pressão de vaporização. Suas consequências são danosas para o escoamento e para as regiões sólidas onde a mesma ocorre. 
No interior das bombas, no deslocamento das pás - Aparecimento de bolhas de vapor. 
Cavitação das bombas
. 
Ruídos;
Vibrações características;
Desgaste.
Consequências da cavitação 
Obs.: Quanto maior for à bomba, maiores serão estes efeitos
Cavitação das bombas
. 
Consequências da cavitação 
Cavitação das bombas
. 
Causas da cavitação 
Altura inadequada da sucção (problema geométrico);
Velocidades de escoamento excessivas (problema hidráulico);
Escorvamento incorreto (problema operacional). 
Escolha do tipo de bomba por ábaco 
. 
Altura manométrica (Hm)
altura geométrica da instalação + perdas de carga ao longo da trajetória do fluxo 
Altura geométrica
soma das alturas de sucção e recalque 
Escolha do tipo de bomba por ábaco 
. 
(MODELO ENADE ADAPTADO - 2011) 
Uma bomba de água é movida por um motor elétrico. A vazão é de 50 litros por segundo e a eficiência da bomba (B) é de 75%. Em projeto, a altura manométrica total a ser vencida é de 45 m.c.a. Dados: massa específica = 1.000 Kg/m³. 
Determine: (Valor: 1,2 pontos) 
a) Potência de funcionamento da bomba. 
b) Qual é o tipo de bomba que deve ser escolhida analisando o ábaco 1 [H (m) x Q (m³/h)] 
c) Analisando pela vazão e a altura manométrica, quais seriam os melhores modelos de bomba a ser adotado pelo gráfico 2. 
BOMBAS HIDRÁULICAS – PARTE 2
BOMBAS HIDRÁULICAS II
Analisando duas seções, uma na entrada da bomba e outra em sua saída, aplicando na equação de Bernoulli, temos:
BOMBAS HIDRÁULICAS II
Escolha do tipo de bomba por ábaco 
. 
Altura manométrica (Hm)
altura geométrica da instalação + perdas de carga ao longo da trajetória do fluxo 
Altura geométrica
soma das alturas de sucção e recalque 
Escolha do tipo de bomba por ábaco 
. 
RECORDANDO PERDA DE CARGA
Classificação:
Perdas de carga contínuas: São aquelas relativas às perdas ao longo de uma tubulação, sendo função do comprimento, material e diâmetro. 
Perdas de carga acidentais: São aquelas proporcionadas por elementos que compõem a tubulação, exceto a tubulação propriamente dita 
RECORDANDO PERDA DE CARGA
Existem vários métodos para o cálculo de perda de carga unitária; entre esses, destaca-se pela simplicidade e facilidade de uso, o Método de Hazen-Williams, que é feito através da seguinte expressão: 
Altura manométrica
. 
No caderno de hidráulica na ala 7 são apresentadas outras expressões utilizadas para o cálculo da altura manométrica e perdas de carga.
Altura manométrica
. 
EXERCÍCIO 1
Considere o seguinte sistema de bombeamento:
Dados:
Q = 15L/s = 0,015m³/s
hs= 0,56m (perda na sucção)
hr=17,92m (perda – recalque)
Diâmetro sucção Ds = 0,15m
Diâmetro recalque Dr = 0,10m
A) determine a energia de entrada da bomba;
B) Determine a energia de saída da bomba;
C) Determine as velocidades nos tubos (Vr e Vs);
D) Determine a altura manométrica.
EXERCÍCIO 1
Dados:
Q = 15L/s = 0,015m³/s
hs= 0,56m (perda na sucção)
hr=17,92m (perda – recalque)
Diâmetro sucção Ds = 0,15m
Diâmetro recalque Dr = 0,10m
A) determine a energia de entrada da bomba;
LOGO, = 149,44 m.c.a
EXERCÍCIO 1
Dados:
Q = 15L/s = 0,015m³/s
hs= 0,56m (perda na sucção)
hr=17,92m (perda – recalque)
Diâmetro sucção Ds = 0,15m
Diâmetro recalque Dr = 0,10m
Va = Vb
Pa = 0
Energia de entrada da boba (
B) determine a energia de saída da bomba;
EXERCÍCIO 1
Dados:
Q = 15L/s = 0,015m³/s
hs= 0,56m (perda na sucção)
hr=17,92m (perda – recalque)
Diâmetro sucção Ds = 0,15m
Diâmetro recalque Dr = 0,10m
Vc = Vd
PD = 0
Energia de saída da boba (
C) Velocidades nas tubulações de recalque e sucção;
Vel. Fluido no conduto de sucção (trecho AB)
Vel. Fluido no conduto de recalque (trecho CD)
EXERCÍCIO 1
Dados:
Q = 15L/s = 0,015m³/s
hs= 0,56m (perda na sucção)
hr=17,92m (perda – recalque)
Diâmetro sucção Ds = 0,15m
Diâmetro recalque Dr = 0,10m
D)Altura manométrica
)
EXERCÍCIO 1
Dados:
Q = 15L/s = 0,015m³/s
hs= 0,56m (perda na sucção)
hr=17,92m (perda – recalque)
Diâmetro sucção Ds = 0,15m
Diâmetro recalque Dr = 0,10m
Potência necessária ao funcionamento da bomba (Pot) 
Potência instalada ou potência do motor (N) 
O motor que aciona a bomba deverá trabalhar sempre com uma folga, ou margem de segurança, a qual evitará que ele venha, por razão qualquer, operar com sobrecarga. Portanto, recomenda-se que a potência necessária ao funcionamento da bomba (Pot) seja acrescida de uma folga, conforme especificação da Tabela abaixo (para motores elétricos). 
Potência instalada ou potência do motor (N) 
(MODELO ENADE ADAPTADO - 2011) 
Uma bomba de água é movida por um motor elétrico. A vazão é de 50 litros por segundo e a eficiência da bomba (B) é de 75%. Em projeto, a altura manométrica total a ser vencida é de 45 m.c.a. Dados: massa específica = 1.000 Kg/m³. 
Determine:
a) Potência de funcionamento da bomba. 
b) Qual é o tipo de bomba que deve ser escolhida analisando o ábaco [H (m) x Q (m³/h)] 
EXERCÍCIO 2
Resolução no quadro
Diâmetros de recalque e sucção 
a) Diâmetro de recalque (DR) 
Para o funcionamento contínuo da bomba, ou seja, 24 horas/dia pode ser utilizada a fórmula de Bresse: 
Diâmetros de recalque e sucção 
a) Diâmetro de recalque (DR) 
Indicada para o funcionamento intermitente ou não contínuo (menos de 24 horas/dia) é recomendada pela ABNT NB-92/66: 
T = jornada de trabalho da instalação (h/dia)
Diâmetros de recalque e sucção 
a) Diâmetro de recalque (DR) 
Em edifícios, também pode ser empregado à fórmula de Forscheimmer. 
Diâmetros de recalque e sucção 
b) Diâmetro de sucção 
É o diâmetro comercial imediatamente superior ao diâmetro de recalque calculado pelas fórmulas acima. 
Quando o diâmetro calculado pelas Equações anteriores não coincidir com um diâmetro comercial, é procedimento usual admitir o diâmetro comercial imediatamente superior ao calculado para a sucção e o imediatamente inferior ao calculado para o recalque. 
Diâmetros de recalque e sucção 
c) Gráfico de Sulzer 
Segundo Macintyre (1997), para a água, Sulzer aconselha os valores do gráfico da figura 72 para velocidades na aspiração e no recalque em função dos diâmetros e das descargas. 
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Dados: 
Altura geométrica de aspiração = 2,6 m; 
Comprimento real do tubo de aspiração = 5,40 m; 
Altura geométrica de recalque = 42,50 m; 
Comprimento real do tubo de recalque = 59,95 m 
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Dados: 
Altura geométrica de aspiração = 2,6 m; 
Comprimento real do tubo de aspiração = 5,40 m; 
Altura geométrica de recalque = 42,50 m; 
Comprimento real do tubo de recalque = 59,95 m 
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Solução: 1º Passo: escolha das velocidades de escoamento e diâmetro dos encanamentos 
Pelo gráfico de Sulzer (Figura 74), para Q=5 litros/s, obtêm: 
Para Q=5 litros/s:
DR = 63 mm ou
2 ½ pol
VR = 1,45m/s
DS = 70mm, arred. P
DS = 76mm ou 3 pol
VS = 1,3m/s
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Solução: 2º Passo: Cálculo da altura total de aspiração 
 Comprimento real = 5,40 m; 
 Comprimento equivalente: 1 válvula de pé com crivo = 20,00 m; 
 Comprimento equivalente: 1 cotovelo raio médio de 90° = 2,1 0m; 
 Comprimento equivalente: 2 registros de gaveta = 1,00 m; 
 Comprimento equivalente: 2 tês saída lateral = 10,40 m; 
 Comprimento real e virtual = 38,90 m. 
 
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Solução: 2º Passo: Cálculo da altura total de aspiração 
Calculando por Fair:
Hfr = 1,07m
Logo,
Hm = hgr + hfr = 2,64 + 1,07 = 3,71 
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Solução: 3º Passo: Cálculo da altura total de recalque 
 Comprimento real = 59,95 m; 
 Comprimento equivalente: 1 registro de gaveta 2 ½ = 0,4 m; 
 Comprimento equivalente: 1 válvula de retenção (tipo pesado) = 8,10 m; 
 Comprimento equivalente: 1 tê de entrada lateral = 4,30 m; 
 Comprimento equivalente: 1 cotovelo de 45° = 0,90 m; 
 Comprimento equivalente: 7 cotovelos 90° raio médio (7 x 1,70) = 11,90 m; 
 Comprimento real e virtual = 85,55 m. 
Calculando a perda de carga (hs) por Fair-Whipple-Hsiao e somando com a altura geométrica, temos aproximadamente 48,06 m.c.a 
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Solução:
4º Passo: Cálculo da altura manométrica total 
Altura de sucção + altura de recalque = Hm = 48,06 + 3,71 = 51,77 m. 
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Solução:
Exercício 3) Na instalação esboçada abaixo, determinar o diâmetro de entrada e saída da bomba, a altura manométrica e a potência do motor da bomba, sabendo que a vazão Q=5 litros por segundo. Tubo de ferro galvanizado rosqueado. 
Solução:
 Potência adotada
Ex. 4
A jornada de trabalho da bomba é de 6 horas por dia.
Solução: Encontrando o diâmetro de recalque
A jornada de trabalho da bomba é de 6 horas por dia.
DR = 0,0029m = 29,1 mm
DR (utilizado) = 32mm
Solução: Encontrando o diâmetro de sucção
Se DR (utilizado) = 32mm
Sucção = O diâmetro posterior
DS = 40mm
Solução: Calculando as velocidades
Q = V . A, logo
V = Q . 4/(3,14 . D²)
VR = 1,244 m/s
VS = 0,796 m/s
Solução: Calculando os comprimentos virtuais e as perdas na sucção
SUCÇÃO
Comprimento real – L=
Comprimento virtual = L + L’ = 12 + 15 + 2 = 29m
 Perda de carga por Fair (PVC):
Solução: Calculando os comprimentos virtuais e as perdas no tubo de recalque
RECALQUE
Comprimento real – L=
Comprimento virtual = L + L’ = 30 + (2+2) + 20 + 3 = 57m
 Perda de carga por Fair (PVC):
Solução: Calculando Altura manométrica
Altura manométrica:
Potência absorvida da bomba (CV):
 = 
Solução: Calculando os comprimentos equivalentes totais e as perdas
O restante no quadro ...
Modelo:
25-200 (D)
Dimensionando da bomba por meio de catálogos
Veja no exemplo a seguir:
Exercício 5
QUESTÃO ENADE (ENGENHARIA SANITÁRIA – 2005)
Deseja-se dimensionar uma bomba centrífuga para uma instalação predial. A população estimada para efeito de projeto é de 750 pessoas e o consumo diário por pessoa é de 200L/dia de água. A altura estática de aspiração (altura de sucção) é de 2,5 m e a altura estática de recalque é de 40,0 m. Considere que a perda de carga na aspiração (sucção) mais a altura representativa da velocidade são equivalentes a 60%da altura de sucção e que a perda de carga no recalque é equivalente a 40% da altura de recalque. Considere ainda que a bomba deve funcionar 6 horas por dia. 
Utilizando as Figs. 1 e 2, determine: 
 
a) o modelo da bomba padronizado pelo fabricante; 
b) a potência do motor;
c) entre que valores está o rendimento da bomba.
.
68
Fig. 1
.
69
Fig. 2
.
70
Solução: 
a) o modelo da bomba padronizado pelo fabricante; 
.
71
Solução: 
a) o modelo da bomba padronizado pelo fabricante; 
.
72
Solução: 
a) o modelo da bomba padronizado pelo fabricante; 
.
73
Solução: 
b) a potência do motor;
.
74
Solução: 
b) a potência do motor;
.
75
Solução: 
b) a potência do motor;
.
76
Solução: 
c) Rendimento;
.
77
NPSH requerido e NPSH disponível 
Cavitação é um fenômeno semelhante à ebulição (conforme visto na aula anterior), que pode ocorrer na água durante um processo de bombeamento, provocando estragos, principalmente no rotor e palhetas e é identificado por ruídos e vibrações. 
Para evitar tal fenômeno, devem-se analisar o NPSHrequerido e o NPSHdisponível. 
O Net Positive Succion Head (NPSH) disponível refere-se à "carga energética líquida e disponível na instalação" para permitir a sucção do fluido, ou seja, diz respeito às grandezas físicas associadas à instalação e ao fluido. 
NPSH requerido e NPSH disponível 
Fórmula. 
Altura de sucção (negativa para bomba afogada e positiva para bomba acima do nível da água);
 = perda de carga total na linha de sucção;
NPSH requerido e NPSH disponível 
Fórmula. 
NPSH requerido e NPSH disponível 
Fórmula. 
NPSH requerido e NPSH disponível 
Fórmula. 
Exercício 6
Suponhamos que uma bomba seja colocada para operar com uma vazão de 2 m³/h, altura de sucção de 5 m e perda por atrito na sucção de 3 mca. A altura em relação ao nível do mar onde a mesma será instalada é de aproximadamente 600 metros, e a temperatura da água é de 50ºC. Verifique se a bomba irá cavitar, sabendo que abaixo é mostrado o gráfico de NPSH requerido.
*Considerar a bomba acima 
do nível da água 
Exercício 6
Q = 2m³/h Hs = 5m Hfs=3m
Altitude = 600m (ver na tabela 21) - 
Temperatura = 50° C (ver tabela 22) - = 1,26 m
 9,59 – 1,26 – 5 – 3 = 0,33 m.c.a
 0,4
Logo, IRÁ CAVITAR!
Associação de bombas
Razões de naturezas diferentes diversas levam à necessidade de associar bombas. Dentre elas, podem-se citar: 
a) Inexistência, no mercado, de bombas que possam, isoladamente, atender à vazão de demanda. 
b) Inexistência, no mercado, de bombas que possam, isoladamente, atender à altura manométrica de projeto. 
c) Aumento da demanda com o decorrer do tempo. 
As razões (a) e (c) requerem a associação em paralelo e a razão (b), sem série. As razões (a), (b) e (c), em conjunto, requerem a associação mista. 
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Bombas associadas em série 
Quando duas ou mais bombas estão operando em série, a vazão é a mesma e a altura manométrica do conjunto é a soma das alturas manométricas das bombas que o compõem . 
As razões (a) e (c) requerem a associação em paralelo e a razão (b), sem série. As razões (a), (b) e (c), em conjunto, requerem a associação mista. 
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Bombas associadas em paralelo 
Esse tipo de associação é utilizado para recalcar grandes vazões, superiores às capacidades das bombas encontradas no mercado. 
Quando duas ou mais bombas estão operando em paralelo, a altura manométrica é a mesma e a vazão do conjunto é a soma das vazões das bombas que o compõem, ou para a mesma altura manométrica, somam-se as vazões. 
As razões (a) e (c) requerem a associação em paralelo e a razão (b), sem série. As razões (a), (b) e (c), em conjunto, requerem a associação mista. 
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Bombas associadas
RENDIMENTO DE DUAS BOMBAS EM SÉRIE:
RENDIMENTO DE DUAS BOMBAS EM PARALELO. 
As razões (a) e (c) requerem a associação em paralelo e a razão (b), sem série. As razões (a), (b) e (c), em conjunto, requerem a associação mista. 
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