7.2 Bombas Hidráulicas

São máquinas que recebem trabalho mecânico e o transformam em energia hidráulica, ou seja, as bombas recebem energia de uma fonte externa e transferem essa energia para o líquido.

As bombas hidráulicas podem ser construídas em diferentes modelos para atender as mais diversas aplicações práticas.

As mais comuns são as chamadas bombas centrífugas, bombas que fornecem energia ao fluido pelo aumento da velocidade deste em seu interior.

A característica mais marcante das bombas hidráulicas cinéticas é que elas apresentam uma relação inversa entre vazão fornecida a altura total de bombeamento.

• Quanto maior a altura de bombeamento menor a vazão fornecida pelo equipamento e vice-versa.
• Quanto maior a potência maior a vazão ou maior a altura de bombeamento.

Figura 7.2: Vista em corte de uma bomba centrífuga.

Em relação aos tipos de rotores, estes podem ser:

• Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão
• Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação.
• Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: líquidos com sólidos em suspensão. Desvantagem: sofrer maior desgaste.

Em relação ao número de rotores:

• Simples estágio: apenas um rotor
• Múltiplos estágios: vários rotores operando em série, que permitem o desenvolvimento de altas pressões

Figura 7.3: Bomba centrífuga multiestágio.

7.2.1 Curva característica da bomba

Pode-se dizer que a curva característica da bomba é um retrato de seu funcionamento nas mais diversas situações. Elas são obtidas nas bancadas de ensaio dos fabricantes As mais comuns são:

• \(H_M=f(Q)\)
• \(NPSH=f(Q)\)
• \(Potencia=f(Q)\)
• \(η=f(Q)\)

Figura 7.4: Curvas características de uma bomba centrífuga.

Analisando as curvas características de uma bomba centrífuga, observamos que a potência aumenta com a vazão. Assim, as bombas centrífugas devem ser ligadas com o registro fechado (Q=0), já que a potência necessária ao acionamento é mínima. Quando a altura manométrica diminui, aumenta a vazão e, consequentemente, a potência exigida para o funcionamento da bomba, o que poderá causar sobrecarga no motor. O crescimento da altura manométrica não causa sobrecarga no motor das bombas centrífugas

7.2.2 Seleção da bomba

Basicamente, a seleção de uma bomba para determinada situação é função da vazão a ser recalcada (Q) e da altura manométrica da instalação (HM).

A vazão a ser recalcada (Q) depende, essencialmente, do consumo diário da instalação, da jornada de trabalho da bomba e do número de bombas em funcionamento.

A altura manométrica da instalação (HM) depende do perfil topográfico do terreno que permite calcular o desnível geométrico, do comprimento e diâmetro das tubulações de sucção e recalque e do número de peças especiais dessas tubulações que permite o cálculo da perda de carga total.

Deve-se evitar um equívoco muito comum que é escolher a bomba pela potência, uma vez bombas com a mesma potência podem ter diferentes combinações de vazão e altura manométrica, que podem não ser adequadas ao projeto.

Exemplo 7.4 Considere os seguintes valores de referência para seleção de uma motobomba:

• Q = 6,8 m³/h
• H_m = 7,29 mca

Escolha uma motobomba adequada para esta situação.

Solução.

Devemos procurar em uma catálogo de seleção de um fabricante os valores de vazão (Q) e altura manométrica (H_m) que mais se aproximem dos valores de referência.

A figura abaixo indica uma escolha adequada:

Figura 7.5: Procedimento de seleção de uma motobomba.

Disponível em: schneider.ind.br (página 29)

Solução.

O modelo escolhido é a motobomba BC-91 S/T 1/3 cv rotor 97 mm

A curva característica dessa motobomba já foi apresentada na Figura 7.4.

7.2.3 Estudo conjunto das curvas características da bomba e do sistema

Sobrepondo as curvas características do sistema (Item 7.1.3) e da bomba (Item 7.2.1), é possível definir graficamente o ponto de funcionamento, no local em que as curvas se cruzam.

Nesta figura, as curvas se cruzam em Q = 7,1 m³/h e H_m = 7,55 mca.

7.2.4 NPSH - Net Positive Suction Head

O NPSH requerido por uma bomba é uma característica desse equipamento e é fornecido pelo fabricante.

O NPSH disponível é função das características da instalação do sistema de bombeamento, e pode ser calculado por:

\[ NPSH_d = P_{atm} \pm h_s - hf_s - e \] em que:

• NPSH_d – carga hidráulica disponível na sucção
• P_atm – pressão atmosférica local
• h_s – altura geométrica de sucção
• hf_s – perda de carga na tubulação de sucção
• e - pressão de vapor da água a temperatura local

Para o bom funcionamento do sistema de bombeamento, é necessário que: NPSH_d ≥ NPSH_r. Caso contrário ocorrerá um fenômeno denominado cavitação

Este fenômeno ocorre quand há a passagem da fase líquida para a fase gasosa em decorrência da diminuição da pressão do líquido. Esta situação acontece se a pressão na entrada da bomba é menor que a pressão de vapor da água naquela temperatura.

Na cavitação, há formação de bolhas d e onda de choque que golpeia as paredes da bomba e o rotor.

Exemplo 7.5 Qual o NPSH disponível para a seguinte instalação?

• altitude ao nível do mar: P_atm = 10,33 mca
  
• altura de sucção - h_s = 1,0 m
• perda de carga na sucção - hf_s = 0,341 mca
• pressão de vapor - e = 0,46 mca

Solução. \(NPSH_d = 10,33 - 1,0 - 0,34 - 0,46 = 8,53 mca\)

Exemplo 7.6 Qual o NPSH requerido pela motobomba selecionada no exemplo anterior?

Solução.

O NPSH requerido é encontrado na curva característica em função da vazão no ponto de funcionamento.

O NPSH requerido por esta bomba na vazão de 7,1 m³/h é de 5,0 mca.

Sendo o NPSH disponível igual a 8,53 mca, este é maior que o NPSH requerido (5,0 mca). Dessa forma, a bomba não irá cavitar.

7.2.5 Potência do conjunto motobomba

A potência requerida por um sistema de bombeamento pode ser calculada por:

\[ Pot = \frac{\gamma \cdot Q \cdot H_m}{\eta} \]

em que:

• Pot – potência requerida, W (1 cv=735 W)
• \(\gamma\)γ – peso específico do fluido, N/m3
• Q – vazão a ser bombeada, m3/s
• H_m – altura manométrica, m
• \(\eta\) (eta) – rendimento da bomba, decimal

A potência e o rendimento \(\eta\) (eta) também são encontrados nas curvas carecterísticas da bomba.

Exemplo 7.7 Qual a potência consumida pelo conjunto motobomba:

• Vazão no ponto de funcionamento: Q = 7,1 m³/h
• Altura manométrica no ponto de funcionamento: H_m = 7,55 mca.
• Rendimento: 0,42

Solução. \(Pot = \frac{9810 \cdot 7,1/3600 \cdot 7,55}{0,47} = 347,7 W = 0,47 cv\)

A potência encontrada na curva característica da potência é bastante próximo ao valor calculado pela equação acima.

Importante ressaltar que a potência de 1/3 cv (0,33 cv), que caracteriza o modelo da motobomba selecionado, é a potência nominal. A potência consumida, que é relativa ao ponto em que o conjunto vai operar, poderá ser ligeiramente diferente (maior ou menor), neste caso, 0,47 cv.

7.2.6 Associação de bombas

A associação de bombas é necessária quando se verifica a inexistência no mercado de bombas que possam, isoladamente, atender a demanda de vazão ou de altura manométrica do sistema. Outra situação ocorre quando as demandas variam com o tempo.

Associação em paralelo: as vazões somam-se para a mesma altura manométrica

Figura 7.6: Associaçao em paralelo

Associaçao em série: as alturas manométricas somam-se para uma mesma vazão

Figura 7.7: Associaçao em série.