aula 3_Bombas

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FTQ004 - OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Bombas
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Bombas
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FTQ004 - OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
As bombas são equipamentos que fornecem energia mecânica a
um fluido incompressível (líquido) com a finalidade de
transportá-lo de um lugar a outro.
Recebem a energia de uma fonte e cedem parte dessa energia ao
fluido na forma de energia de pressão, cinética ou ambas.
São empregadas em diversos campos, tais como: abastecimento de
água; sistema de esgotos; indústrias química, petroquímica,
alcoolquímica, farmacêutica, de alimentos, de petróleo, entre
outras indústrias.
2
Classificação das bombas
3
Bombas
Dinâmicas ou
Turbobombas
Deslocamento positivo
ou volumétricas
Bombas centrífugas
Bombas de fluxo misto
Bombas de fluxo axial
Bombas regenerativas ou periféricas
Radiais ou puras
Tipo Francis
Bombas alternativas
Bombas rotativas
Pistão
Êmbolo
Diafragma
Engrenagem
Lôbulos
Parafusos
Palhetas deslizantes
Bombas Dinâmicas
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Nas bombas dinâmicas ou turbobombas a energia é fornecida
continuamente ao fluido por um impelidor (ou rotor) aumentando
a sua energia cinética. Posteriormente a energia cinética é
transformada em energia de pressão.
Impelidor
Bombas Alternativa Tipo Pistão
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Quando o pistão se desloca para a esquerda, a pressão no cilindro se reduz, a
válvula de retenção na linha de sucção se abre e o líquido entra. Quando o pistão
chega ao final do cilindro, o movimento se inverte e o pistão se desloca para a
direita. Aumenta a pressão no cilindro e a válvula de admissão fecha. A pressão
aumenta e a válvula de descarga se abre e o líquido sai pressurizado.
Uma porção de fluido é presa numa câmara e
devido à ação de um pistão ou peças rotativas
o fluido é implusionado para fora.
Escolha de Bombas
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Energia Mecânica Específica
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Carga de pressão (carga piezométrica,
carga estática, Energia de pressão por
unidade de peso)
Carga dinâmica (carga cinética, energia
cinética por unidade de peso)
Carga potencial (carga de posição,
energia potencial por unidade de peso)
Perda de carga
(Carga, Energia cisalhante por 
unidade de peso)
Altura de Projeto
8
Para avaliar o desempenho de uma bomba aplica-se o balanço de energia mecânica
entre dois pontos do sistema de escoamento.
Altura de Projeto
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Altura na descarga
Altura na sucção
Altura de Projeto
Diagrama de Moody10
Exemplo 111
Calcular o fator de atrito de Fanning em uma tubulação
que possui 5 cm de diâmetro interno e com rugosidade de
10-4 m, onde escoa óleo de soja.
Considerar os dados e velocidade abaixo:
Fluido newtoniano com densidade de 800 kg/m3 e
viscosidade de 40 cP.
a) v = 0,5 m/s
b) v = 50 m/s
c) v = 200 m/s
POTÊNCIA E RENDIMENTO DE BOMBAS
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A potência de uma bomba está associada à taxa de consumo de energia necessária 
para transportar uma quantidade de líquido a uma determinada altura 
manométrica 
Potência que o elemento acionador (motor) fornece ao eixo da bomba 
Potência no eixo 
RENDIMENTO13
A relação entre a energia ou trabalho útil produzido por um sistema e o trabalho
consumido por ele é chamado rendimento
Bombas centrífugas Bombas rotativas Bombas alternativas
(a) Rendimento da 
bomba ou mecânico
(a) Rendimento da 
bomba ou mecânico
(a) Rendimento da 
bomba ou mecânico
(b) Rendimento elétrico (b) Rendimento do 
redutor
(b) Rendimento elétrico
(c) Rendimento global (c) Rendimento elétrico (c) Rendimento global
(d) Rendimento global (d) Rendimento 
volumétrico
(e) Rendimento 
volumétrico
Exemplo 214
Calcule o fator de atrito (Fanning e Darcy) para uma tubulação de 
diâmetro 8 cm, com rugosidade de 0,16 cm com os seguintes dados de 
escoamento:
Fluido newtoniano, massa específica 800 kg/m3, viscosidade 340 cP e vazão 
de 50 m3/s.
R: fD = 0,05 e fF = 0,0125
Exemplo 315
Exemplo 316
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
Sucção:
DN = 3”
De = 88,9e-3 m
e = 4,05e-3 m
Di = De – 2e = 80,8e-3 m 
Cálculos:
A = 0,005128 m2
Q = m/ro = 0,063m3/s
v = 10,2 m/s
𝐴 = Τ𝜋 × 80,8 × 10−3 2 4 = 51,28 × 10−4𝑚2
𝑄 =
ሶ𝑚
𝜌
=
56,19
891
= 0,063 Τ𝑚3 𝑠
𝑣 =
𝑄
𝐴
= 12,3 Τ𝑚 𝑠
Exemplo 317
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
Re
/D
f (gráfico)
𝑅𝑒 =
𝜌 × 𝑣 × 𝐷
𝜇
=
891 × 12,3 × 80,8 × 10−3
59 × 10−3
= 15008,7 ≈ 1,5 × 104
𝜀
𝐷
=
0,04 × 10−3
88,8 × 10−3
= 0,000495 ≈ 0,0005
𝑓 = 0,029
Exemplo 318
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
0,0005
1,5.10-4
0,029
Exemplo 319
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
Acessórios:
1 joelho 90º rosqueado
1 válvula gaveta aberta
DN = 3”
Exemplo 320
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
Acessórios:
1 joelho 90º rosqueado
1 válvula gaveta aberta
DN = 3”
Exemplo 321
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
Acessórios:
1 joelho 90º rosqueado
1 válvula gaveta aberta
DN = 3”
Joelho = 2,83 m
Válvula = 0,457 m
L = 3,3 m
Ltotal
Leq=6,587 m
Exemplo 322
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
Δ𝑃
𝜌
= 2𝑓𝐹
𝐿𝑒𝑞
𝐷
𝑣2 𝑓𝐹 = Τ𝑓𝐷 4 = 0,00725
Δ𝑃
𝜌
= 2.0,00725.
6,587
80,8. 10−3
12,3 2 = 178,8 Τ𝑚2 𝑠2 ÷ 𝑔
ℎ𝑓𝑠 =
∆𝑃
𝜌𝑔
→ ℎ𝑓𝑠 =
178,8
9,81
= 18,22 𝑚
Exemplo 323
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Determinação da perda de carga por atrito.
Saída do tanque:
ℎ = 𝑘𝑓
𝑣2
2𝑔
ℎ = 0,5.
12,32
2.9,81
= 3,8548 𝑚
ℎ𝑓𝑠 = 18,22 + 3,8548 = 22,07 𝑚
Exemplo 324
Encontrar a altura manométrica de sucção:
Considerando todas as parcelas de energia:
𝐻𝑠 = 139 𝑚
𝐻𝑠 =
𝑃𝑠
𝛾
+ 𝑧𝑠 − ℎ𝑓𝑠
𝐻𝑠 =
101325
891.9,81
+ 150 − 22,07
Exemplo 325
Encontrar a altura manométrica de descarga:
Informações gerais:
Fluido newtoniano
ሶ𝑚 = 56,19 𝑘𝑔/𝑠
𝜌 = 891 𝑘𝑔/𝑚3
𝜇 = 59𝑒−3𝑃𝑎. 𝑠
Descarga:
DN = 1 ½”
De = 0,0381 m
e = 1,5e-3 m
Di = De- 2e = 0,0351 m
v = Q/A = 65,1 m/s
Re = 34507,53 3,5e4
/D = 0,00114
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Exemplo 327
Encontrar a altura manométrica de descarga:
Considerando todas as parcelas de energia:
𝐻𝐷 =
𝑃𝐷
𝛾
+ 𝑧𝐷 + ℎ𝑓𝐷
𝐻𝐷 =
101325
891.9,81
+ 150 + 15 − 0,3 + 5193,52
𝐻𝐷 = 5369,4 𝑚
Exemplo 328
Encontrar a altura manométrica da bomba
𝐻 = 𝐻𝐷 −𝐻𝑠
𝐻 = 5369,4 − 139,52 = 5229,88 𝑚
Exemplo 329
Encontrar a altura manométrica de descarga:
fD = 0,025 ou 0,026
Comprimento equivalente:
3 joelhos de 90º = 3,84 m
Comprimento (L) = 28,5 m
Leq = 32,34 m
Δ𝑃
𝜌
= 2𝑓𝐹
𝐿𝑒𝑞
𝐷
𝑣2
Δ𝑃
𝜌
= 48824,56 Τ𝑚2 𝑠2
ℎ𝑓𝐷 = 4977,02 𝑚
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠ã𝑜:
𝑘𝑓 = 1
ℎ𝑓𝐷 = 216,4988 𝑚
ℎ𝑓𝐷 =5193,52 m
NPSH30
Altura de sucção disponível ou saldo positivo de carga de sucção ou
Net Positive Suction Head, em inglês (NPSH), representa a condição
ideal para que ocorra uma boa sucção do líquido. Indica a
disponibilidade de energia com a qual o líquido adentra na boca de
sucção da bomba.
Caso a bomba trabalhe abaixo desse limite, ocorrerá um fenômeno
denominado cavitação, pois em determinada pressão de vácuo, dependendo
da temperatura e volatilidade do líquido, pode-se alcançar a ebulição. Assim,
formam-se bolhas de vapor que migram da zona de baixa pressão na bomba
(sucção) até a zona de alta pressão (saída do impelidor). Neste ponto as bolhas
colapsam, produzindo fortes correntes de líquido que provocam erosão nas
partes metálicas da bomba
Cavitação31
Cavitação32
Cavitação33
Reconhecimento da Cavitação
• Queda de rendimento
• Vibração
• Ruído diferente
• Corrosões localizadas com sensíveis desgaste do impelidor e carcaça.
Materiais de resistência à corrosão por cavitação
Ferro fundido, Alumínio, Bronze, Aço fundido, Aço doce laminado, Bronze
fosforoso, Bronze-manganês, aço-níquel, ligas especiais de aço inox, Revestimento
com elastômeros (neoprene, poliuretano)
Ordem crescente
NPSH34
Durante a cavitação despende-seenergia para acelerar o fluido, o que resulta na perda de
rendimento da bomba. A altura de sucção disponível é utilizada para avaliar a possibilidade de
cavitação de uma bomba
NPSH35
NPSH36
NPSH37
NPSH disponível para o sistema
NPSH requerido no sistema
Cavitação
Curva característica da bomba38
Recebem o nome de curvas características das bombas,
diagramas em que, usualmente, estão expressos, a altura
desenvolvida pela bomba, H, rendimento, potência no eixo e
NPSH em função da capacidade da bomba, Q.
Curva característica da bomba39
Curva característica: Ponto de operação40
Curva característica de uma bomba centrífuga41
Curva característica de uma bomba centrífuga42
Exemplo 443
Supondo uma bomba
centrífuga, cuja curva
característica é
fornecida abaixo, com
os dados:
Q = 40 m3/h
H = 20,55 m
	Slide 1
	Slide 2: Bombas
	Slide 3: Classificação das bombas
	Slide 4: Bombas Dinâmicas
	Slide 5: Bombas Alternativa Tipo Pistão
	Slide 6: Escolha de Bombas
	Slide 7: Energia Mecânica Específica
	Slide 8: Altura de Projeto
	Slide 9: Altura de Projeto
	Slide 10: Diagrama de Moody
	Slide 11: Exemplo 1
	Slide 12: POTÊNCIA E RENDIMENTO DE BOMBAS
	Slide 13: RENDIMENTO
	Slide 14: Exemplo 2
	Slide 15: Exemplo 3
	Slide 16: Exemplo 3
	Slide 17: Exemplo 3
	Slide 18: Exemplo 3
	Slide 19: Exemplo 3
	Slide 20: Exemplo 3
	Slide 21: Exemplo 3
	Slide 22: Exemplo 3
	Slide 23: Exemplo 3
	Slide 24: Exemplo 3
	Slide 25: Exemplo 3
	Slide 26
	Slide 27: Exemplo 3
	Slide 28: Exemplo 3
	Slide 29: Exemplo 3
	Slide 30: NPSH
	Slide 31: Cavitação
	Slide 32: Cavitação
	Slide 33: Cavitação
	Slide 34: NPSH
	Slide 35: NPSH
	Slide 36: NPSH
	Slide 37: NPSH
	Slide 38: Curva característica da bomba
	Slide 39: Curva característica da bomba
	Slide 40: Curva característica: Ponto de operação
	Slide 41: Curva característica de uma bomba centrífuga
	Slide 42: Curva característica de uma bomba centrífuga
	Slide 43: Exemplo 4