Relatório - Bomba Centrífuga

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE - FURG 
ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS - EQA 
ENGENHARIA DE ALIMENTOS 
 
 
 
Caroline de Almeida Senna - 88859 
Luiza Soares Ribeiro - 88841 
 
 
 
 
 
 
 
Curva Característica de uma Bomba centrífuga 
 
 
 
 
 
Disciplina: Laboratório de Engenharia III 
Professor: Carlos Alberto Severo Felipe 
Turma A2 
 
 
 
 
 
 
 
Rio Grande 
2022 
 
 
RESUMO 
 
Bombas centrífugas são largamente utilizadas principalmente no setor 
industrial. Elas são dispositivos fluido mecânicos que fornecem energia 
mecânica a um fluido incompressível para transportá-lo de um lugar a outro. 
Elas são projetadas para trabalhar a uma determinada vazão com uma 
determinada altura manométrica de recalque, esse ponto de trabalho é 
determinado como ponto de melhor eficiência. Porém dependendo da 
instalação ou condição operacional essa vazão pode variar. Para que essa 
eficiência seja maximizada sem que haja necessidade de dispositivos 
adicionais de medição, alguns métodos de monitoramento das variáveis de 
operação de uma bomba são utilizados. O desempenho de uma bomba e o 
comportamento da carga é mostrado pela sua curva característica, e recebem 
o nome de curvas características das 
bombas. Com isso, o objetivo desta prática foi realizar a determinação das 
curvas características de uma bomba centrífuga, que são: a "Altura 
manométrica x a vazão volumétrica", “Potência de acionamento x vazão 
volumétrica” e "Eficiência da bomba x vazão volumétrica", e realizar a 
identificação da vazão de projeto da bomba. Para isso, a equação da energia 
mecânica foi utilizada para calcular a altura manométrica e eficiência 
(rendimento) da bomba. A potência de acionamento foi encontrada com os 
dados de corrente elétrica, voltagem e fator de potência do motor. De posse 
dos dados obtidos foram demonstradas as curvas características, sendo 
comparadas com as curvas características de bombas centrífugas. A vazão de 
operação que corresponde a maior eficiência foi de 7,3 x 10-4 m3/s. Portanto, 
nessa vazão de operação, há um melhor aproveitamento de energia. 
 
Palavras-chave: Bomba centrífuga; Curvas Características; Eficiência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 4 
2. MATERIAL E MÉTODOS....................................................................... 5 
2.1. Materiais .......................................................................................... 5 
2.2. Métodos .......................................................................................... 5 
2.2.1. Curvas Características de uma Bomba Centrífuga ........................ 6 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................. 6 
3.1. Curvas Características de uma Bomba Centrífuga .......................... 6 
4. CONCLUSÃO ...................................................................................... 10 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
As bombas são dispositivos fluido mecânicos que fornecem energia 
mecânica a um fluido incompressível (líquido) para transportá-lo de um lugar a 
outro. Esses equipamentos recebem energia de uma fonte qualquer e cedem 
parte dessa energia ao fluido na forma de energia de pressão, cinética ou 
ambas. As bombas podem ser classificadas a partir do modo que se obtém 
energia a partir de trabalho mecânico, bem como do modo que essa energia é 
cedida ao fluido, no caso líquido (CREMASCO, 2012). 
Dentre os tipos de bombas dinâmicas ou turbo bombas, destacam-se as 
bombas centrífugas. Elas possuem como principal funcionamento a conversão 
de energia cinética fornecida ao líquido, em energia de pressão. Esse tipo de 
conversão é realizado quando o fluido ao sair do impelidor passa em um 
conduto de área crescente, tendo assim, um aumento de energia de pressão 
em sua carga. Esses equipamentos são largamente utilizados principalmente 
no setor industrial para transporte de fluidos devido a sua flexibilidade 
operacional (ROBERTO; SANTOS, 2014). Além disso, as bombas centrífugas 
são projetadas para trabalhar a uma determinada vazão com uma determinada 
altura manométrica de recalque, esse ponto de trabalho é determinado como 
ponto de melhor eficiência (em inglês BEP – Best Efficiency Point), porém 
dependendo da instalação ou condição operacional essa vazão pode variar 
(GOUVEA, 2008). 
Um conceito aplicado às bombas é a sua eficiência ou rendimento, já 
que nem toda a energia fornecida é transformada em energia hidráulica. Há 
perdas de energias associadas a fugas de massa, da resistência oferecida pela 
camada limite e o atrito lateral do rotor. 
O desempenho de uma bomba e o comportamento da carga é mostrado 
pela sua curva característica (CREMASCO, 2012). As curvas características de 
bombas normalmente são fornecidas pelos fabricantes de forma a ajudar a 
identificar a melhor aplicação de determinado tipo de bomba para um projeto. 
Fatores como a rotação e geometria da bomba e as propriedades do fluido 
influenciam nas variáveis que constroem a curva característica. Elas relacionam 
5 
grandezas características, como vazão, altura de elevação, rotação, 
potência e eficiência, e fornecem indicações do funcionamento do sistema. 
Com a curva é possível escolher a bomba que mais se encaixa no projeto, 
maximizando a sua eficiência (GOMES, 2017). 
Com isso, o objetivo desta prática foi realizar a determinação das curvas 
características de uma bomba centrífuga, que são: a "Altura manométrica x a 
vazão volumétrica" “Potência de acionamento x Vazão Volumétrica” e 
"Eficiência da bomba x Vazão volumétrica", e ainda identificar a vazão de 
projeto da bomba. 
 
2. MATERIAL E MÉTODOS 
2.1 Materiais 
 
 Para a realização dos levantamentos experimentais foram utilizados os 
seguintes acessórios acoplados: tanque aberto à atmosfera contendo água 
como fluido de estudo a 20°C, de massa específica igual a 998,2 kg/m3, 
amperímetro, bomba, manômetro de Bourdon na descarga e válvula. A pressão 
lida na sucção é medida por um manômetro de tubo de U. 
 
 
2.2 Métodos 
No Laboratório de Fenômenos de Transporte da EQA/FURG a vazão foi 
ajustada por meio da válvula de regulagem de fluxo, instalada na saída da linha 
de descarga da bomba. O primeiro ponto foi obtido com a bomba ligada, mas 
com a válvula completamente fechada, e os demais pontos com vazão 
crescente. Para isso foram realizadas medições da vazão empregando o 
hidrômetro, e foi cronometrado em quanto tempo o indicador completou 10 litros 
de água que passaram pelo hidrômetro. Ademais, para cada vazão ajustada, 
foram anotados os valores referentes a pressões na sucção e na descarga da 
bomba, e a corrente elétrica lida no amperímetro. 
De acordo com o material BOMBAS: GUIA BÁSICO (2009), os 
componentes base de uma turbo bomba são um Rotor/Impelidor o qual é 
dotado de pás e funciona através do acionamento de uma fonte externa de 
energia, que possibilita girar em alta velocidade aspirando o líquido devido à 
pressão criada na região central e recalcando-o na sua região periférica, efeito 
6 
causado pela força centrífuga; Voluta/Difusor/Coletor, que se constitui de um 
canal com seção crescente, direcionando o fluido à tubulação de recalque com 
menor velocidade e amenizando a perda de carga nesta conexão; e a Carcaça 
que é toda a parte externa da voluta, o que dá forma à bomba. 
 
2.2.1. Curvas Características de uma Bomba Centrífuga 
Primeiramente, para operar a bomba em diferentes vazões, foi 
necessário para cada vazão realizar o ajuste da vazão desejada por meio de 
uma válvula de regulagem de fluxo, instalada na saída da linha de descarga da 
bomba. O primeiro ponto foi obtido com a válvula completamente fechada,e os 
demais pontos obtidos com a vazão crescente. Em seguida, a vazão foi medida 
através do método direto, considerando um intervalo de 10 segundos, onde foi 
empregado um balde, um cronômetro e a balança. O ponto de coleta da água 
foi no jato livre posicionado dentro do reservatório. Assim, para cada vazão 
ajustada, foram anotadas as pressões na sucção e na descarga da bomba, bem 
como a corrente elétrica lida no amperímetro. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
3.1 Curvas Características de uma Bomba Centrífuga 
Para a obtenção das curvas características, foi utilizada a equação da 
energia mecânica (1). O termo hL é insignificante, visto que as instalações nos 
manômetros em 1 e 2 estão posicionados na entrada e na saída da bomba. 
Neste experimento os diâmetros das tubulações nos pontos 1 e 2 são iguais, 
portanto, a velocidade (v1) será igual a velocidade (v2), enquanto a variação de 
(z2-z1) é igual a 0,6m, sendo presente a variação de energia potencial. Assim, 
considerando os outros termos necessários para os cálculos, o trabalho de eixo 
foi obtido em diferentes vazões. 
𝑃1
𝜌
+
𝑣1
2
2
+ 𝑧1𝑔 + ℎ𝐿 + 𝑊𝑠 =
𝑃2
𝜌
+
𝑣2
2
2
+ 𝑍2𝑔 (1) 
A partir do trabalho de eixo, foram calculadas as respectivas alturas 
manométricas (Hm) da bomba em metros de coluna de fluido. Em contrapartida, 
a potência de acionamento foi obtida através da medição do consumo de 
energia do motor elétrico a cada vazão volumétrica regulada, dada pela 
equação (2), dado pela voltagem do motor de 220 V, corrente elétrica e o fator 
de potência do motor dado pelo (cos φ). 
7 
𝑃𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝐸 𝐼 cos 𝜑 (2) 
Posteriormente, o rendimento da bomba foi calculado pela relação entre 
a energia “entregue” ao fluido, transmitido pela bomba, ou seja, o trabalho de 
eixo e a energia consumida pelo motor elétrico. A equação (3) demonstra essa 
relação. A tabela 1, demonstra os dados obtidos no experimento. 
ƞ = 
𝑊𝑠̇
𝑃𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
 (3) 
 
Tabela 1 – Dados obtidos no experimento. 
P1 
(Pa) 
P2 
(Pa) 
I 
(A) 
Volume 
(L) 
Tempo 
(s) 
539,366 131000 1,2 10 0 
343,233 124106 1,31 10 55 
245,166 117211 1,37 10 41,21 
49,0333 110316 1,47 10 26,71 
-147,1 106868,7 1,56 10 20,29 
-245,166 103421 1,63 10 17,79 
-323,619 96526,6 1,69 10 15,17 
-372,653 96526,6 1,72 10 14,96 
-441,299 89631,8 1,74 10 13,7 
-470,719 82737,1 1,77 10 13,2 
Fonte: As autoras, 2022. 
 
Os cálculos foram realizados com as equações (1), (2) e (3). Os 
resultados de vazão volumétrica, trabalho de eixo, altura manométrica, potência 
de acionamento e rendimento, estão dispostos na Tabela 2, a seguir. 
Tabela 2 – Resultados dos cálculos. 
Vazão 
Volumétrica 
(m^3/s) 
Vazão 
Volumétrica 
(m^3/h) 
Vazão 
Mássica 
(kg/s) 
Ws 
(J/kg) 
Hm 
(mcf) 
Pacion 
(W) 
n 
0,00000 0,00 0,000 136,22 13,89 153,44 0,00 
0,00018 0,66 0,182 129,50 13,20 167,50 0,14 
0,00024 0,88 0,243 122,69 12,51 175,17 0,17 
0,00038 1,35 0,374 115,98 11,82 187,96 0,23 
0,00049 1,78 0,493 112,72 11,49 199,47 0,28 
0,00056 2,03 0,562 109,37 11,15 208,42 0,29 
0,00066 2,38 0,659 102,54 10,45 216,09 0,31 
0,00067 2,41 0,668 102,59 10,46 219,93 0,31 
0,00073 2,63 0,730 95,75 9,76 222,48 0,31 
0,00076 2,73 0,758 88,87 9,06 226,32 0,30 
Fonte: As autoras, 2022. 
 
8 
O conhecimento da curva característica é muito importante, pois cada 
bomba é construída para operar em certas condições de vazão e altura 
manométrica. Assim, com os dados obtidos na Tabela 2, foram construídas as 
curvas características, conforme demonstra os Gráficos 1, 2 e 3. 
 
Gráfico 1 – Curva característica da altura manométrica em função da vazão 
volumétrica. 
 
Fonte: As autoras, 2022. 
 
Gráfico 2 - Curva característica da potência de acionamento em função da vazão volumétrica. 
 
Fonte: As autoras, 2022. 
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
C
ar
ga
Vazão (m^3/h)
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
P
ac
io
n
 (
W
)
Vazão (m^3/h)
9 
 
Gráfico 3 – Curva característica do rendimento η em função da vazão volumétrica. 
 
Fonte: As autoras, 2022. 
 
As curvas demonstradas em cada gráfico assemelham-se com as curvas 
características de uma bomba centrífuga, conforme demonstra a Figura 1, que 
mostra como variam a carga, a potência de eixo e o rendimento de uma 
determinada bomba que opera numa dada rotação em função da vazão, onde 
a altura de carga é máxima no bloqueio e decresce continuamente à medida 
que a vazão aumenta, enquanto a potência absorvida é mínima no bloqueio e 
aumenta com o aumento da vazão. Já o rendimento é zero para vazão nula, 
pois não há o movimento de fluido neste ponto e cresce até atingir um valor 
máximo na chamada vazão de projeto (MUNSON, 2004). 
Figura 1 - Curvas características de uma bomba centrífuga que opera em rotação 
constante. 
 
Fonte: Mounson, 2014. 
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
R
en
d
im
en
to
Vazão (m^3/h)
10 
O gráfico 3, demonstra que a vazão de operação que corresponde ao 
maior rendimento da operação é de 7,3E-04 m3/s, ou seja, nesse ponto há um 
melhor aproveitamento de energia que o motor elétrico está entregando para a 
bomba e a mesma está retransmitindo para a água. Assim, as curvas, nos 
permitem avaliar como se comportam estes parâmetros para que se escolha 
uma bomba centrífuga que preferencialmente seja operada com uma máxima 
eficiência possível na vazão desejada. A identificação das melhores condições 
de operação de um sistema hidráulico leva a redução significativa do gasto de 
energia. A energia consumida por estações de bombeamento, principalmente 
de água, pode ser reduzida com o aumento da eficiência energética dos 
motores e bombas do sistema (GOMES, 2017). 
 
4. CONCLUSÃO 
Portanto, pode-se concluir que as curvas características encontradas 
relacionando a vazão volumétrica com a altura manométrica, potência de 
acionamento e rendimento, se mostraram próximas a curvas características de 
uma bomba centrífuga, além disso, na vazão de 7,3E-04 m3/s se tem o melhor 
aproveitamento de energia no processo. Sendo assim, foi possível definir os 
melhores parâmetros de operação que maximizam a eficiência do sistema 
hidráulico em questão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
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aplicação. Porto Alegre: AMGH, 2012. p. 317. 
 
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Fluidodinâmicos. São Paulo: Blucher, 2012. 
 
Estudo das bombas: aplicação da análise dimensional e da teoria da 
semelhança. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo - 
Departamento de Engenharia Mecânica. Disponível em: 
<http://sites.poli.usp.br/d/pme2237/lab/pme2237-rl-bombas-site.pdf>. Acesso 
em: 19 de agosto de 2022. 
 
GOMES, O.M. Análise da eficiência energética de uma bomba centrífuga de 
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Tecnológica de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2017. Disponível em: 
<http://www.demat.cefetmg.br/wpcontent/uploads/sites/25/2018/06/TCCII_Prof
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agosto de 2022. 
 
GOUVEA, M.M.R. Estudo de confiabilidade em Bombas centrífugas. São 
Paulo, 2008. Disponível em: 
<http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/documentos/1519.pdf>. Acesso 
em: 19 de agosto de 2022. 
 
MUNSON, B.R.; YOUNG, D.F.; OKIISHI, T.H. Fundamentos da mecânica 
dos fluidos.4.ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2004. 
 
ROBERTO, D.S.; SANTOS, F.S. Estudo do acionamento de bombas 
centrífugas por meio de DVR's e análise de viabilidade técnica e econômica 
(EVTE) em uma unidade de coqueamento retardado. Centro Federal de 
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<http://www.cefetrj.br/attachments/article/2943/Estudo_Acionamento_Bombas_Centr%C3%ADfugas_p_DVRs_Viab_T%C3%A9cnica_Econ%C3%B4mica.p
df>. Acesso em: 19 de agosto de 2022.