Tutorial de Atividade Prática em Máquinas de Fluxo

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Máquinas de 
Fluxo 
Tutorial de 
Atividade Prática 
 
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TUTORIAL DE ATIVIDADE PRÁTICA 
NOME DA DISCIPLINA: Máquinas de Fluxo 
Atividade Prática 
 
 
OBJETIVOS 
Definição dos objetivos da atividade prática: 
• Promover o desenvolvimento de competências e conteúdos relacionados à disciplina 
de Máquinas de Fluxo 
 
PROCEDIMENTOS 
Atividade proposta: 
Compreensão sobre o processo de obtenção das curvas características de uma bomba centrifuga e com 
associações de bomba. Determinação no NPSH disponível na sucção da bomba e a obtenção da curva 
característica da instalação e definição do ponto de operação do sistema 
 
Procedimentos para a realização da atividade: 
Prezado aluno, a sua atividade será dividida em quatro etapas, a primeira será a determinação da curva 
característica de uma bomba centrífuga por meio do Teste de Desempenho que é padronizado pelas 
normas ANSI/HI 3.6-2016, API RP 11S2 e ASME PTC 8.2-1990. Nesta atividade o você irá assistir a vídeo 
aula desta atividade prática, acompanhando com o tutorial. Em seguida, você deverá acessar o laboratório 
virtual da Algetec e utilizar a bancada de Mecânica dos fluidos para identificar e discutir as etapas 
realizadas na primeira atividade. 
Na segunda etapa será realizada a associação de bombas em série e em paralelo para que possa ser 
determinada as curvas características das associações de bombas por meio do Teste de Desempenho. 
Desta forma, o aluno deverá assistir a vídeo aula desta atividade prática, acompanhando com o tutorial. 
Após assistir a aula, você deverá acessar o laboratório virtual da Algetec e utilizar a bancada de Mecânica 
dos fluidos para identificar e discutir as etapas realizadas na nesta etapa, assim como discutir sobre as 
características de cada associação. 
Na terceira atividade ocorrerá a verificação da ocorrência de cavitação na vazão de melhor eficiência da 
bomba, a qual foi definida no primeiro experimento. A metodologia empregada é a mesma utilizada nas 
empresas para que possam traçar as curvas características de NPSH x Vazão das bombas. Para esta etapa, 
o você deve assistir a vídeo aula desta atividade prática, acompanhando com o tutorial. Em seguida, você 
 
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deverá acessar o laboratório virtual da Algetec e utilizar a bancada de Mecânica dos fluidos para identificar 
e discutir as etapas realizadas na terceira atividade. 
Por fim, a quarta etapa será a determinação curva característica da instalação e definição do ponto de 
operação do sistema. Novamente, o você deve assistir a vídeo aula desta atividade prática, acompanhando 
com o tutorial. Em seguida, você deve acessar a plataforma da Algetec e utilizar a bancada de Mecânica 
dos fluidos para identificar e discutir as etapas realizadas no quarto experimento. 
ETAPA 1: CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA 
Existem diferentes normas para padronizar o procedimento de teste de desempenho de bombas 
dinâmicas, tais como: ANSI/HI 3.6- 2016, API RP 11S2 e ASME PTC 8.2-1990. Em geral, essas normas são 
específicas para cada tipo de aplicação da bomba. Normalmente, os testes de desempenho são realizados 
pelos fabricantes dos equipamentos em bancadas de prova próprias para tal finalidade, sendo o padrão a 
utilização de água como fluido de trabalho e a operação na rotação nominal do motor elétrico. A Figura 1 
ilustra o esquema de uma bancada para o teste de desempenho. 
Figura 1 - Esquema simplificado de uma bancada de testes 
 
Fonte: Verde (2018, p.45) 
Na bancada de testes são medidas: pressões de sucção e descarga, vazão mássica ou volumétrica e 
temperatura do fluido. 
Quando são utilizados os parâmetros mecânicos para o cálculo da potência mecânica, é necessária, ainda, 
a medição do torque no eixo da bomba e da rotação. Em casos em que são utilizados os parâmetros 
elétricos, são medidas também a corrente e a tensão de alimentação do motor. 
O procedimento de teste consiste basicamente em variar a vazão e medir o aumento de pressão entre a 
sucção e a descarga da bomba. O teste pode ser iniciado com a válvula totalmente fechada, condição de 
vazão nula, que também é chamada de shut-off. Então, a válvula é aberta gradativamente, enquanto são 
registradas, ponto a ponto, todas as variáveis medidas, até sua abertura total. Os dados do teste de 
desempenho são processados e expressos na forma gráfica, resultando nas curvas características de 
desempenho da bomba. 
As curvas características da bomba são: 
• H × Q: altura de elevação em função da vazão. 
• Pm× Q: potência mecânica de acionamento em função da vazão. 
 
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• ηB × Q: eficiência em função da vazão. 
Procedimento de teste utilizado na Etapa 1: 
- Iniciar o teste na condição de vazão nula. 
- Esperar que a condição operacional se estabilize. 
- Realizar a leitura dos instrumentos. 
- Fornecer à válvula um pequeno incremento de abertura, aumentando a vazão do sistema. 
- Esperar que a condição operacional se estabilize. 
- Realizar a leitura dos instrumentos. 
- Repetir o procedimento até que a válvula seja totalmente aberta. 
- Finalizar o experimento. 
ETAPA 2: CURVAS CARACTERÍSTICAS DE ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS 
Em inúmeras aplicações industriais bem como em sistemas elevatórios de água ou esgoto, o campo de 
variação da descarga e da altura manométrica pode ser excessivamente amplo, para ser abrangido pelas 
possibilidades de uma única bomba, portanto utiliza-se das associações de bombas que pode ser realizada 
em série ou em paralelo. 
As associações em série são utilizadas em aplicações que exigem grandes alturas de elevação. Esse tipo de 
arranjo é mostrado esquematicamente na Figura 2. 
Figura 2 - Esquema associação em série 
 
Fonte: Verde (2018, p.99) 
Portanto, para uma associação em série de duas bombas, temos: 
 
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Na qual os subíndices 2s, A e B representam a associação em série de duas bombas, a bomba A e a bomba 
B, respectivamente. 
 
As associações em paralelo são utilizadas em aplicações que exigem grandes vazões. Duas ou mais bombas 
operam associadas em paralelo quando recalcam fluido para uma tubulação em comum, conforme 
mostrado esquematicamente na Figura 3. 
 
Figura 3 - Esquema de uma associação de bombas em paralelo. 
 
Fonte: Verde (2018, p.101) 
Desse modo, para duas bombas associadas em paralelo, a vazão total do arranjo Q é a soma das vazões 
bombeadas individualmente por cada máquina QA e QB. Já as alturas de elevação fornecidas por cada 
bomba são iguais. 
 
 
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Na qual os subíndices 2s, A e B representam a associação em paralelo de duas bombas, a bomba A e a 
bomba B, respectivamente. 
Procedimento utilizado na Etapa 2: 
- Configurar as válvulas de forma a associar as bombas em série. 
- Iniciar o teste na condição de vazão nula. 
- Esperar que a condição operacional se estabilize. 
- Realizar a leitura de todos os instrumentos e registrar esses valores. 
- Fornecer à válvula um pequeno incremento de abertura, aumentando a vazão do sistema. 
- Esperar que a condição operacional se estabilize. 
- Realizar a leitura dos instrumentos e registrar esses valores. 
- Repetir o procedimento até que a válvula seja totalmente aberta. 
- Repetir o procedimento, agora com as válvulas configuradas de forma a associar as bombas em 
paralelo. 
 
ETAPA 3: CAVITAÇÃO E NPSH. 
O fenômeno da cavitação em máquinas de fluxo, seja em bombas ou turbinas, está diretamente 
relacionado com a pressão de saturação (ou pressão de vapor). Devido a própria natureza do escoamento 
ou em função da interação entre as pás e o fluido, a pressão absoluta pode diminuir localmente em pontos 
específicos da máquina. Se a pressão absoluta for menor que a pressão de saturação, o fluido irá evaporar 
e formar pequenas bolhas de vapor. 
Devido à força de arrasto, essas bolhas de vapor são carregadas pelo líquido e escoam até regiões de maior 
pressão. Sendo que, quando a pressão absoluta excede a pressão de saturação, o equilíbrioentre as fases 
é alterado e o vapor condensa instantaneamente, causando o colapso das bolhas. O volume antes ocupado 
pelas bolhas de vapor passa a ser ocupado pelo líquido, criando micro jatos, conforme mostrado na Figura 
4. 
 
 
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Figura 4 - Representação esquemática do fenômeno de cavitação 
 
Fonte: Verde (2018, p.119) 
Quando o colapso das bolhas ocorre próximo às superfícies da máquina, o choque dos jatos a alta 
velocidade com as paredes provoca acentuados picos de pressão, causando danos estruturais que 
desgastam as superfícies, principalmente, do rotor. A repetição contínua desse processo de desgaste por 
erosão pode levar a falha dos componentes da máquina. 
Sendo que a cavitação pode ocorrer também na região chamada bulk de líquido, distante da parede, que 
não provoca erosão do material. De qualquer maneira, esse processo também é considerado cavitação. 
Sintetizando os conceitos, a cavitação é o processo de formação de “cavidades” de vapor devido à redução 
local de pressão. 
A ocorrência da cavitação pode ser evitada se a pressão for mantida acima da pressão de saturação em 
todos os pontos da máquina. Para garantir uma operação segura, quanto a cavitação, é necessário 
quantificar a disponibilidade de energia que o fluido possui na sucção da bomba. Para isto, utilizamos o 
parâmetro chamado NPSH, do inglês Net Positive Suction Head (NPSH), ou altura líquida de sucção positiva. 
O NPSH disponível é considerado a energia disponível que o fluido possui na sucção da bomba para que a 
operação seja realizada. Já o NPSH requerido, ou NPSHR, é uma característica da bomba que é obtida 
experimentalmente pelo fabricante do equipamento. 
Segundo a norma API 610, a obtenção do NPSHR consiste em fixar a rotação e a vazão e reduzir 
gradativamente o NPSHD até que a altura de elevação seja reduzida 3% em relação a operação livre de 
cavitação. Esse procedimento é repetido para diferentes valores de vazão e, assim, é obtida a curva de 
NPSHR em função da vazão, que é fornecida nos catálogos dos fabricantes. 
Portanto, o NPSHR expressa o valor mínimo de disponibilidade de energia na sucção da bomba para que 
não ocorra cavitação. 
Assim, definida uma vazão, a bomba deve operar respeitando o seguinte critério: 
NPSHDR ≥ NPSHD 
 
 
 
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Procedimento utilizado na Etapa 3: 
- Defina a vazão e a elevação do ponto de melhor eficiência; 
- Ligue o aparato experimental conforme procedimento recomendado anteriormente; 
- Abra totalmente a válvula de sucção; 
- Feche gradativamente a válvula de descarga até que seja estabelecida a vazão do ponto de melhor 
eficiência; 
- Feche um pequeno decremento a válvula de sucção, diminuindo o NPSH disponível na sucção da bomba; 
- Abra a válvula de descarga para manter constante a vazão determinada para o teste; 
- Meça as pressões de sucção e descarga e calcule a altura de elevação; 
- Repita esse procedimento até que a altura de elevação seja de 97% da altura do ponto de melhor 
eficiência; 
- Nesta condição operacional, definida como início da cavitação, o NPSH disponível é igual ao NPSH 
requerido, verifique o catálogo do fabricante. 
 - Finalizar o experimento. 
 
ETAPA 4: CURVA CARACTERÍSTICA DA INSTALAÇÃO E PONTO DE OPERAÇÃO DO SISTEMA. 
 
Um sistema de transferência de fluido consiste em o conjunto completo de componentes que são 
necessários para que se possa transferir um determinado fluido, como por exemplo, óleo ou combustível, 
a partir de uma zona produtiva para outra seja ela de armazenamento ou não. Estes sistemas são 
amplamente utilizados em transporte, fabricação e nas indústrias automotivas e aeroespaciais, e eles 
podem variar muito, dependendo da configuração e do tipo de fluido que deverá ser transferido. Eles 
podem ser incorporados em máquinas ou utilizados de forma independente. Os componentes comuns 
destes sistemas podem incluir mangueiras, tubos, válvulas e acessórios como equipamentos de 
carregamento, entre outros. 
Um exemplo simples de um sistema de transferência de fluido é uma bomba de gasolina de postos de 
combustível. Este conjunto de componentes transfere um fluido, no caso a gasolina, a partir de um tanque 
estacionário para um tanque localizado dentro de um carro ou outro veículo. O bombeamento, o elemento 
mangueiro, o tanque, juntamente com quaisquer dispositivos de ligação, tais como acopladores, seriam 
todos considerados parte do sistema. 
A transferência de fluido também ocorre dentro do automóvel. Os sistemas para injeção de combustível, 
o arrefecimento do motor e os sistemas de ar condicionado são concebidos para mover os líquidos, tais 
como líquido de arrefecimento ou de combustível, no interior do automóvel em si. As mangueiras e 
válvulas são utilizadas para dirigir e controlar o fluxo, de acordo com o requisitado. 
Fonte: Mecânica industrial. Disponível em < 
https://www.mecanicaindustrial.com.br/412-o-que-e-um-sistema-de-
transferencia-de-fluidos/> Acesso em 20 de maio de 2020. 
https://www.mecanicaindustrial.com.br/412-o-que-e-um-sistema-de-transferencia-de-fluidos/
https://www.mecanicaindustrial.com.br/412-o-que-e-um-sistema-de-transferencia-de-fluidos/
 
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Nos sistemas de fluidos, a bomba fornece energia e a instalação consome essa energia. Temos que ambos 
os sistemas são dinâmicos, pois o fornecimento e o consumo de energia variam em função da vazão de 
fluido. O ponto de operação de um sistema de fluido é obtido pela superposição das curvas características 
da bomba e da instalação. 
Durante o funcionamento dos sistemas de fluidos são comuns as situações em que é necessário ajustar o 
ponto de operação. Esse ajuste pode ser realizado alterando as curvas características da instalação, da 
bomba ou de ambas. Uma destas técnicas é o Controle do sistema pela modificação da rotação da bomba 
Esse método de controle de sistemas exige a utilização de variadores de frequência, possibilitando o ajuste da 
rotação da bomba. Dessa forma, o controle do ponto de operação ocorre pela modificação da curva característica 
da bomba. 
Procedimento utilizado na Etapa 4: 
- Abrir totalmente a válvula de descarga. 
- Ligar a bomba na rotação mínima permitido pelo inversor de frequência. 
- Medir a vazão, a pressão de sucção e a pressão de descarga. 
- Fornecer um incremento de rotação. 
- Medir, novamente, a vazão, a pressão de sucção e a pressão de descarga. 
- Repetir esse procedimento, fornecendo incrementos de rotação até a rotação nominal da bomba 
- Obtenção da curva da instalação. 
- Compreender que a curva característica da bomba junto com a curva da instalação determina o ponto 
de operação. 
- Finalizar o experimento 
 
 
RESULTADOS 
Resultados da atividade prática: 
Como resultados dessa atividade, espera-se que os objetivos propostos tenham sido alcançados 
por meio da compreensão dos métodos experimentais para a determinação das curvas 
características de uma única bomba e uma associação de bombas. Também se espera que o aluno 
compreenda a metodologia empregada pelos fabricantes para determinar a curva de NPSH das 
bombas. Além disso, almeja-se que compreendam o método de controle do ponto de operação 
pela modificação da rotação da bomba utilizando um inversor de frequência.