UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA E PRODUÇÃO

BOMBAS HIDRÁULICAS
(BOMBAS CENTRÍFUGAS)

SÃO LUÍS
2017
DANIEL VINY DOURADO COSTA
FLAIANNY BASTOS PACHECO
LEANDRO MOREIRA BEZERRA

BOMBAS HIDRÁULICAS
(BOMBAS CENTRÍFUGAS)

Trabalho apresentado à disciplina de laboratório

de calor e fluido do curso de Engenharia
Mecânica, Universidade Estadual do Maranhão
para a obtenção da primeira nota.
Ppof°. Fernando Antônio M. S. Abreu

SÃO LUÍS
2017
 SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 4

2. REFERÊNCIAL TEORICO ..................................................................................... 5

2.1. Bombas centrífugas................................................................................................5

2.2. Classificação das Bombas Centrífugas...................................................................5

2.3.Componentes de uma bomba centrífuga.................................................................7

2.4. Princípio de funcionamento..................................................................................11

3.JUSTIFICATIVA.......................................................................................................12

4.OBJETIVO..................................................................................................................13
4.1. Geral.....................................................................................................................13

4.2. Específico.............................................................................................................13

5. METODOLOGIA......................................................................................................14

6. RESULTADOS ESPERADOS..................................................................................15

7. CRONOGRAMA.......................................................................................................16
REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 17
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1. INTRODUÇÃO

Desde as mais remotas eras, o conhecimento sobre a energia contida nos fluidos
e sua utilização econômica tem sido um dos fatores primordiais para o desenvolvimento
da humanidade. Assim os dispositivos de elevação de liquido, que surgiram muito tempo
atrás, foram sendo aperfeiçoado e continuado podendo assim melhorar a vida das pessoas
e aumento o campo de aplicação.
Um desses dispositivos de elevação são as bombas hidráulicas, que segundo
Netto 1989, poucas pessoas atribuem as bobas a importância devida no mundo atual, já
que essas maquinas são necessárias em todos os automóveis, aviões, navios, cidades, etc.
Bombas hidráulicas são máquinas que trabalham fornecendo ou retirando
energia, ou modificando o sentido do fluido. São classificadas como bombas de
deslocamento positivo ou volumétricas e turbo bombas ou hidrodinâmicas.
Nas bombas de deslocamento positivo o fluido é submetido a variações de
pressão pela variação do volume que contém o fluido, nesse tipo de máquina ocorre a
conversão de energia de pressão em trabalho mecânico, geralmente são indicadas em casa
onde é necessária vazão.
Nas turbobombas o fluido escoa de maneira contínua e há a transformação de
trabalho mecânico em energia cinética e desta em energia de pressão o trabalho ocorre a
partir do movimento rotacional do rotor na carcaça, que exerce forças sobre o líquido
devido a aceleração.
A utilização de bombas centrífugas tornou-se popular devido a sua construção
simples e de baixo custo, menores custos de manutenção, descarga uniforme, dentre
outras características.
O primeiro engenheiro a construir uma bomba centrífuga foi o francês Denim
Papi, em 1989. Em 17932 Demours contribuiu para o aperfeiçoamento da mesma e
Leonardo Euler analisou e desenvolveu os princípios teóricos das bombas centrífugas. No
Brasil a primeira bomba centrífuga foi fabricada em 1860, pela indústria de Ponta d’Areia
no Rio de Janeiro, e foi exibida na Exposição Nacional, realizada pelo Governo
Brasileiro, no ano seguinte. Em 1880 passaram a ser fabricadas pelas indústrias Finnie
Kemp & Cia, do Rio de Janeiro, Fundição Sydow, de São Paulo e pela Companhia
Mecânica Itaúna e Haupt.
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Figura 1: Bomba Centrífuga

Fonte: Imagem da Internet

2. REFERÊNCIAL TEÓRICO:

2.1. Bombas centrífugas:

São Caracterizadas por possuírem rotor que exerce forças sobre o fluido que
resultam na aceleração do mesmo. A descarga depende das características da bomba.

2.2. Classificação das Bombas Centrífugas

Podem ser classificadas levando em consideração diversas características, como

trajetória de escoamento, altura manométrica, vazão de recalque, número de estágio, tipos
de rotor e entradas de aspiração.
Segundo a trajetória de escoamento do fluido podem ser classificadas como:
 Fluxo Radial: As máquinas de fluxo radial bombeiam o fluido na direção
perpendicular ao eixo de rotação. São utilizadas em pequenas e médias descargas, para
qualquer altura manométrica, porém possuem baixo rendimento quando utilizadas para
grandes vazões e pequenas alturas. Antes do funcionamento é necessário que a carcaça
da bomba e a tubulação de sucção estejam preenchidas com o fluido;
 Fluxo Misto ou Semi- Axiais (As máquinas de fluxo misto bombeiam o fluido na
direção inclinada em relação ao eixo de rotação. São de fabricação complexa, e
geralmente utilizadas para grandes vazões e pequenas e médias alturas);
 Fluxo Axial (As máquinas de fluxo axial bombeiam o fluido na direção na direção
paralela em relação ao eixo de rotação. Utilizadas para grandes vazões e médias alturas).
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Figura 2: a) bomba axial; b) bomba mista e c) bomba radial

a b

Fonte: Imagem da Internet

Classificadas quanto a altura manométrica as bombas podem ser:

 Baixa pressão: H < 15 mca;
 Média pressão: 15 < H < 50 mca;
 Alta pressão: H > 50 mca.

Quanto a vazão de recalque, podem ser:

 Pequena: Q < 50 m3/h;
 Média: 50 < Q < 500 m3/h;
 Grande: Q > 50 m3/h.

Em relação a estrutura do rotor, podem se classificar como:

 Aberto: Quando não existe coroa circular, somente as pás do rotor. É utilizado
para bombeamento de água residual ou de líquidos contendo lama, areia e esgoto
sanitário;
 Semiaberto ou Semifechado: Quando existe apenas um disco onde fixam-se as
pás. Utilizado para bombeamento de água sedimentada;
 Fechado: Quando além do disco em que fixam-se as pás, existe uma coroa circular
por onde o fluido penetra no rotor Para bombeamento de líquidos sem substâncias em
suspensão.
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Figura 3: a) fechado; b) semiaberto e c) aberto

a b c

Fonte: Imagem da Internet

Classificação em relação ao número de estágios:

 Simples estágio;
 Múltiplos estágios (possuem melhor rendimento e é geralmente empregada para
médias e grandes alturas manométricas).
Figura 4: a) múltiplos estágios e b) simples estágio

a b

Fonte: Imagem da Internet

2.3. Componentes de uma bomba centrífuga:

O rotor é o componente fundamental de uma bomba centrífuga. É a peça

giratória composta por pás que tem a função de transformar a energia recebida em energia
de pressão e velocidade.
O eixo tem a função de transmitir o torque acionado ao rotor.
A carcaça é o componente que envolve o rotor e apresenta abertura para entrada
do líquido ao centro do rotor e abertura para saída do fluido para a tubulação de descarga.
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Os materiais que geralmente são utilizadas na fabricação da carcaça são ferro fundido,
aço fundido, bronze e aços liga.

Figura 5: Representação da carcaça, difusor e rotor de uma bomba centrífuga

Fonte: Imagem da Internet

O difusor transforma energia cinética em energia de pressão e direciona o fluido

para a saída do rotor. Dependendo do tipo de bomba o difusor pode ser de tubo reto
troncônico, nas bombas axiais, de palhetas diretrizes, em bombas multicelulares e de
caixa espiral ou voluta, nos demais tipos de bombas. Os difusores de caixa espiral
dividem-se em simples voluta e dupla voluta, sendo as de dupla voluta utilizadas para
bombas em que a altura de recalque e o diâmetro do rotor são muito grandes.

Figura 6: Difusor de simples voluta

Fonte: Imagem da Internet

O difusor de palhetas diretrizes tem como função, além de transformar energia

cinética em energia de pressão, direcionar o fluido para que o mesmo não se choque com
a parede da carcaça. Consiste em um disco com palhetas que formam canais de secção
crescente, em volta do rotor. Já os difusores retos troncônicos são constituídos de palhetas
fundidas na própria carcaça da bomba.
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Figura 7: Bomba multicelular com difusores de palhetas diretrizes

Fonte: Imagem da Internet

Além desses componentes principais das bombas centrífugas, há também

componentes que auxiliam na prevenção de desgastes e corrosão, tais como, a luva
protetora do eixo, que tem por função proteger o eixo contra corrosão, os anéis de
desgaste, que são montados na carcaça e no rotor, que fazem a separação entre as regiões
de descarga e sucção, impedindo o retorno exagerado de fluido da descarga para a sucção.

Figura 8: Elementos Construtivos

Fonte: Imagem da Internet

Outra parte importante da bomba centrífuga é a caixa de selagem. O objetivo da

caixa de selagem é proteger a bomba contra vazamentos nos pontos em que o eixo passa
pela carcaça. Os sistemas de selagem utilizados em bombas centrífugas são: gaxetas e
selos mecânicos. Os selos mecânicos são mais utilizados que as gaxetas pois é pode ser
utilizado em situações em que as gaxetas não podem ser utilizadas, em situações de alta
pressão e temperatura e presença de sólidos.
As gaxetas são materiais deformáveis, feitos de fibras vegetais, minerais ou
sintéticas, utilizados entre superfícies que se movimentam para evitar a passagem de
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fluido. São de baixo custo porém necessita de manutenção frequentemente e há

vazamentos constantemente.
O selo mecânico praticamente estanca os vazamentos, é praticamente livre de
manutenção, exceto em casos de troca. As faces rotativas ficam perpendiculares ao eixo
e são empurradas umas contra as outras por meio de molas ou através da pressão do fluido.
Esta é chamada de vedação primária. A vedação secundária é feita geralmente por anéis
“O” (O ring), que impedem que o fluido passe pelo interior do selo.
Nos dois sistemas de vedação ocorrem vazamentos, o que os diferencia é a
amplitude do vazamento. Em baixas pressões o vazamento do selo mecânico é quase
imperceptível.

Figura 9: Representação de um selo mecânico

Fonte: Imagem da Internet

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2.4. Princípio de funcionamento:

O funcionamento de uma bomba centrífuga é baseado na criação de zonas de
baixa pressão e alta pressão, devido a rotação do rotor. Ao acionar o rotor, o fluido que
se encontra entre as palhetas do rotor é arrastado do centro para a periferia pelo efeito da
força centrífuga. É produzida uma depressão interna no rotor, succionando o fluido da
tubulação de sucção.
O fluido sai do rotor em alta velocidade e é lançado na carcaça, onde parte da
energia cinética é transformada em energia de pressão durante a sua trajetória para a
tubulação de recalque. É necessária essa transformação de energia porque as velocidades
do liquido na saída do rotor, seriam prejudiciais às tubulações de recalque e também
porque a energia de velocidade pode ser facilmente dissipada por choques nas conexões
e peças das canalizações de recalque.
O funcionamento de uma bomba centrífuga contempla o princípio universal da
conservação de energia, onde a energia potencial transforma-se em energia cinética, e
vice-versa”. Parte da energia potencial transmitida à bomba não é aproveitada devido ao
e transforma-se em calor. Dessa forma, o rendimento hidráulico das bombas pode variar
em seu melhor ponto de trabalho (ponto ótimo) de 20% a 90%, dependendo do tipo de
bomba, do acabamento interno e do fluído bombeado pela mesma

Figura 10: Princípio de Funcionamento

Fonte: Imagem da Internet

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3. JUSTIFICATIVA:

Este trabalho foi desenvolvido no intuído de explicar e exemplificar o que são

maquinas de fluxo e principalmente bombas hidráulicas centrifuga, suas caracterizas e
componentes para facilitar o desenvolvimento de um protótipo, já que esse tipo de
máquina são popularmente utilizadas devido seu simples princípio de funcionamento e
baixo custo de manutenção e instalação.
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4. OBJETIVO:
4.1. Geral:

Desenvolver uma protótipo de bomba hidráulica centrifuga.

4.2. Específico:

 Dimensionar a carcaça do rotor;

 Determinar o número de pás;
 Calcular o ângulo de saída de cada pá, utilizando o triangulo de velocidade;
 Determina a vasão, juntamente com os diâmetros da tubulação de sucção e de
recalque.
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5. METODOLOGIA:

Aqui estarão dispostos, em ordem, os passos referentes ao projeto de uma bomba

hidráulica protótipo destinada a elevar um determinado fluxo de líquido a uma altura
geométrica entre 10 e 20 cm em relação ao nível da bomba; este tópico não inclui os
devidos cálculos de dimensionamento.

 Esboço do projeto: Após terem sido apontadas as necessidades do projeto,

determinou-se a forma a qual a bomba hidráulica seria construída.
 Seleção de material: Optou-se pela utilização de teflon para constituição da
carcaça, bem como das pás e rotor.
 Construção: Um tarugo de teflon de formato cilíndrico de aproximadamente 10
cm de diâmetro inutilizado, do projeto de eficiência energética da universidade
nos foi doado; serão cortados 2 pedaços de aproximadamente 5 cm de
comprimento desse tarugo utilizando uma serra, os quais serão usinados. A
usinagem destes será feita da seguinte forma: com uma fresadora, retiraremos
material até que se forme um furo não passante em cada pedaço, de dimensões de
aproximadamente 8 cm de diâmetro x 3 cm de profundidade. Além disso, serão
realizados furos passantes nesses 2 pedaços, um para passagem do eixo que
rotacionará as pás, e outro para admissão (sucção) de líquido. Além disso, haverá
um terceiro furo (idealizado para se localizar na parte superior da carcaça) para
funcionar como parte da tubulação de recalque.
 Montagem: Os 2 pedaços usinados serão unidos com silicone de maneira que se
forme um espaço dentro da carcaça, que será destinado ao rotor e pás. Num dos
furos discutidos anteriormente, passará um eixo de aço que será ligado em um
pequeno motor, também doado pelo projeto Coyote; O rotor será acoplado na
ponta desse eixo.
 Fase de testes: Logo após, serão realizados os devidos testes com a bomba
centrífuga, no sentido de verificar a integridade da vedação, funcionamento do
motor, altura alcançada pela coluna liquida, entre outros possíveis erros de
projeto.
 Análise de resultados: Será realizada a análise dos resultados obtidos na fase de
testes, de forma a compreender se estes foram satisfatórios, e encontrar possíveis
pontos de melhoria
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6. RESULTADOS ESPERADOS:

Por serem bombas com princípio de funcionamento simples, robustas e com custo
relativamente baixo, as bombas centrífugas são comumente utilizadas. Ocupam espaço
reduzido e apresentam pouca vibração. Esperamos com esse trabalho que o protótipo
construído consiga vencer a altura manométrica estabelecida.
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7. CRONOGRAMA:

MESES
ATIVIDADES A SEREM REALIZADAS

1º 2º 3º

Levantamento bibliográfico inicial

Desenvolvimento de uma metodologia de projeto

Projeto e simulações em CAD

Definições finais de materiais e construção

Testes e apresentação no final do curso

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REFERÊNCIAS

BRAZIL, A.N. Máquinas termohidráulicas de fluxo. Itaúna: Universidade de Itaúna,

2010. Cap 3, pág. 62.
HENN, E.A.L. Máquinas de fluido. Santa Maria: 3ª ed. UFSM, 2012.
NETTO, J. M. A. Pequena História das Bombas Hidráulicas. Revista DAE, vol 49, n
66, ed. 154, p. 15-16. 1989. Disponível em
<http://revistadae.com.br/artigos/artigo_edicao_154_n_66.pdf>. Acesso em 25/05/2017.
PME2237-MECÂNICA DOS FLUIDOS, X. I. Estudo das bombas: aplicação da análise
dimensional e da teoria da semelhança.
RAMOS, Ricardo Alan Verdú; SILVA, João Batista Campos. Máquinas hidráulicas e
térmicas. Ilha Solteira: Universidade Estadual Paulista, 2009.
ROBERTO, Dyogo Sgambato; DOS SANTOS, Fabrine da Silva; SPRITZER, Ilda.
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. 2014.