Confira na legenda a rotação, o diâmetro do rotor e o líquido da curva. Localize a vazão de projeto no eixo horizontal, suba até a curva Q×H e confira a altura; no mesmo ponto, leia eficiência, potência e NPSHr, e compare o NPSHr com o NPSHa da instalação. O BEP é o ponto de máxima eficiência; pelo Hydraulic Institute, a região preferencial (POR) vai de 90–110% a 70–120% da vazão do BEP, conforme a velocidade específica, e a região admissível (AOR) é definida com o fabricante.
Em resumo
- A curva característica relaciona a vazão (Q) com altura, potência, NPSHr e eficiência de uma bomba centrífuga, numa rotação e num diâmetro de rotor dados.
- O BEP é o ponto de máxima eficiência. Pelo Hydraulic Institute, a POR vai de 90–110% a 70–120% da vazão do BEP, conforme a velocidade específica, e a AOR é definida com o fabricante.
- Shutoff é vazão zero e runout é vazão máxima; o HI alerta que operar em shutoff por mais de alguns segundos pode causar problemas mecânicos sérios, e os dois pontos devem ser evitados na operação.
- A Série FBCN tem 54 tamanhos; vazão até 2.200 m³/h e altura até 135 m são limites da série, que não valem juntos, e o manual fixa a faixa de vazão de cada tamanho entre 0,1 ou 0,15 Qot e 1,1 Qot.
- No serviço de incêndio, a NFPA 20 pede pelo menos 65% da pressão nominal a 150% da vazão e shutoff de até 140%, e a bomba instalada precisa reproduzir a curva certificada de fábrica.
1. O que é a curva característica
A curva característica é a ficha técnica hidráulica da bomba: mostra o que ela entrega da vazão zero até a vazão máxima, numa rotação e num diâmetro de rotor dados. Na centrífuga, vazão e pressão dependem uma da outra: contra uma pressão de sistema alta, a bomba entrega menos vazão do que contra uma pressão baixa.
Na bomba de deslocamento positivo, o volume deslocado por rotação é fixo e a vazão teórica é proporcional à rotação; a vazão entregue fica abaixo dela pelo vazamento interno (slip), que varia com a pressão e diminui quando a viscosidade aumenta. A pressão, nesse caso, é a que a resistência do sistema impõe: com a descarga bloqueada, ela sobe até abrir a válvula de alívio, romper um tubo ou conexão ou parar o motor.
No eixo horizontal fica a vazão (Q, em m³/h ou L/s); sobre ele se traçam a altura manométrica (H, em m), a potência absorvida (P, em kW ou cv), o NPSH requerido (NPSHr, em m) e a eficiência (η, em %).
Antes de ler qualquer número, confira na legenda a rotação, o diâmetro do rotor e o líquido de referência: a viscosidade altera altura, vazão, eficiência, NPSHr e potência (a correção segue a ANSI/HI 9.6.7), e o material do rotor também pesa — o manual da Série FBCN manda descontar do rendimento das curvas 3 pontos percentuais no rotor inox com largura de passagem de até 12 mm e 2 pontos na passagem de 12 a 15 mm.
Por fim, curva de catálogo não é ensaio da bomba fornecida: ensaios e documentos de cada fornecimento são definidos na proposta.
2. Curva Q × H — vazão e altura manométrica
A curva Q × H é a mais usada para descrever o desempenho: mostra, em cada vazão, a altura manométrica — o aumento de energia por unidade de peso do líquido, igual à diferença entre as alturas totais de descarga e de sucção. Por ser dada em altura, e não em pressão, ela independe da densidade do líquido.
A forma da curva depende da velocidade específica do rotor; na centrífuga radial, a altura em geral cai à medida que a vazão aumenta, mas nem toda curva tem o máximo exatamente no shutoff: a diretriz ANSI/HI 9.6.3 trata de curvas com “droop” e com “dip” entre os fatores que afetam a região admissível. Leia a curva do modelo em vez de presumir o formato.
O ponto de operação na instalação é o cruzamento da curva Q × H da bomba com a curva do sistema, que soma a altura geométrica à perda de carga da tubulação em cada vazão.
Selecionar bem é fazer esse cruzamento cair dentro da região preferencial (POR), de preferência perto do BEP (seção 4): o guia de sistemas de bombeamento do Departamento de Energia dos EUA (DOE), feito com o Hydraulic Institute, observa que escolher uma bomba com BEP próximo da faixa normal de operação pode render economia significativa.
Como a vazão da centrífuga depende do sistema, ela pode ser regulada por válvula de estrangulamento, desvio (bypass), variação de rotação ou associação de bombas; a válvula de estrangulamento cria uma perda de carga e reduz a vazão que passa.
3. Curvas Q × P, Q × NPSHr e Q × η
A curva Q × P mostra a potência absorvida em cada vazão e é a base para selecionar o acionador. Numa centrífuga radial, ela costuma subir continuamente com a vazão, de modo que a carga mecânica é a menor na vazão zero. Por isso o guia do DOE observa que partir a bomba com as válvulas a jusante fechadas e abri-las logo que ela atinge a rotação pode reduzir o esforço elétrico sobre o motor e o seu controlador.
Na bomba axial a relação se inverte — a potência cai quando a vazão aumenta —, e na partida suave as válvulas a jusante ficam abertas até a bomba atingir a rotação. A forma da curva depende da construção, e a partida segue o procedimento do conjunto, lembrando que o shutoff não pode se prolongar (seção 4).
A curva Q × NPSHr mostra o NPSH mínimo necessário para atingir o desempenho especificado em cada vazão, na rotação e com o líquido indicados; não marca o início da cavitação.
O Hydraulic Institute define o NPSH3 como o NPSHr em que a altura total do primeiro estágio cai 3% por cavitação e observa que ruído, vibração, queda de altura ou de eficiência e erosão podem aparecer mesmo com margem acima do NPSHr; por isso a ANSI/HI 9.6.1 recomenda um NPSHa acima do NPSHr publicado.
Confira a margem em toda a faixa prevista: o guia do DOE lembra que a cavitação costuma ocorrer no extremo direito da curva, em vazão alta, mas danos parecidos também surgem em vazão baixa. A curva Q × η mostra a eficiência, e a vazão em que ela é máxima é o BEP.
4. BEP, POR e AOR — Hydraulic Institute
No BEP, a eficiência hidráulica é máxima, o líquido entra sem choque nas pás do rotor e no difusor, e o escoamento é uniforme, sem descolamento e bem controlado. Segundo o guia do DOE, desempenho e vida útil são otimizados em torno dessa vazão, que depende da entrada, do rotor, da carcaça e da rotação; é também onde a carga radial nos mancais é a menor.
Como a vida de rolamentos de esferas ou de rolos varia com o inverso do cubo da carga, uma bomba com BEP perto da faixa normal de operação espaça bastante as trocas de rolamento. Ainda assim, o BEP é referência de seleção, não garantia: sucção, materiais, vedação, potência e requisitos do sistema são verificados à parte.
O Hydraulic Institute trata das duas regiões na diretriz ANSI/HI 9.6.3, que define a POR conforme a velocidade específica da bomba.
A região preferencial (POR) é a faixa de vazões dos dois lados do BEP em que a eficiência hidráulica e a confiabilidade não se degradam de forma significativa, com vibração induzida pelo fluxo e cargas hidráulicas internas baixas; conforme a velocidade específica, vai de 90–110% a 70–120% da vazão do BEP, de modo que 70–120% não vale para toda centrífuga.
A região admissível (AOR) é a faixa, na rotação nominal e com o rotor fornecido, em que a bomba pode operar com vida útil aceitável, limitada por cavitação, aquecimento, vibração, ruído, deflexão do eixo, fadiga e critérios semelhantes, e é fixada pelo fabricante. O HI observa que operar de forma intermitente dentro da AOR normalmente não causa problemas; isso não transforma a AOR em autorização automática para operação contínua em qualquer ponto.
Shutoff é a vazão zero com a bomba escorvada e girando; o Hydraulic Institute alerta que operar nele por mais de alguns segundos pode causar problemas mecânicos sérios. Runout é a vazão máxima da curva, com risco de cavitação, vibração e, em algumas bombas, sobrecarga do acionador. Os dois pontos servem para definir a forma da curva no ensaio e devem ser evitados na operação; se o sistema pode levar a bomba a vazão baixa, a proteção (vazão mínima, retorno) entra no projeto.
5. Como ler a curva na prática — passo a passo
Com os quatro gráficos entendidos, a verificação de uma seleção segue sempre a mesma sequência. Ela parte dos dados do processo e da instalação — vazão, altura, líquido, temperatura, condições de sucção e regimes de operação — e confronta esses requisitos com a curva da execução proposta:
- Marque a vazão de projeto (Q) no eixo horizontal — o valor exigido pelo processo.
- Suba até a curva Q×H do diâmetro de rotor considerado e leia a altura manométrica: ela deve ser igual ou ligeiramente superior à altura total calculada do sistema nesse ponto.
- Confira a distância até o BEP na curva Q×η: o ponto deve cair dentro da POR informada para o modelo, que depende da velocidade específica. Fora dela, avalie outro diâmetro de rotor, outra rotação ou outro modelo.
- Leia a potência absorvida na curva Q×P no ponto de operação e na maior vazão que o sistema pode impor: como a potência da centrífuga radial costuma subir com a vazão, o acionador precisa de margem até o fim da faixa prevista. Para a Série FBCN, a Tabela 2 do manual indica a reserva de potência do motor: aprox. 20% (mínimo 1,5 cv) até 2 cv, 15% até 20 cv e 10% acima de 20 cv.
- Leia o NPSHr no ponto de operação e compare com o NPSHa calculado da instalação — o NPSHa deve superar o NPSHr com margem de segurança.
- Verifique os cenários fora do ponto nominal — operação com vazão menor ou maior e ampliação futura do sistema: em todos eles o ponto deve permanecer dentro da AOR definida pelo fabricante. A partida segue o procedimento do conjunto.
6. Exemplo didático de leitura conjunta
A tabela usa números hipotéticos para mostrar a leitura simultânea das curvas; não representa uma FBCN, um ensaio nem uma seleção de produto. Nos pontos com vazão, a potência é calculada por P = ρ·g·Q·H/η, com Q em m³/s, ρ = 1.000 kg/m³ e g = 9,81 m/s², e arredondada; no shutoff, onde η = 0, o valor é apenas ilustrativo. As regiões permitidas vêm dos documentos da execução e não são definidas neste exercício.
| Ponto | Q (m³/h) | H (m) | η (%) | P (kW) | NPSHr (m) | Faixa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Shutoff | 0 | 38,0 | 0 | 4,0 | 1,5 | Regime não aprovado pelo exemplo |
| 50% BEP | 30 | 34,5 | 58 | 4,9 | 1,8 | Abaixo do BEP hipotético |
| BEP | 60 | 30,0 | 76 | 6,5 | 2,8 | Máxima eficiência do exemplo |
| 120% BEP | 72 | 25,5 | 70 | 7,1 | 4,2 | Acima do BEP hipotético |
| Runout | 85 | 18,0 | 55 | 7,6 | 6,5 | Regime não aprovado pelo exemplo |
7. Envelope hidráulico da Série FBCN
O manual técnico da Série FBCN (MTEC-03/00) dá os limites da série: tamanhos de DN25 a DN300, vazão até 2.200 m³/h, altura manométrica até 135 m, temperatura até 260 °C e rotação até 3.500 rpm. São limites da série, não de cada tamanho, e não valem ao mesmo tempo: os 3.500 rpm, por exemplo, só se admitem nos tamanhos menores, e os maiores vão até 1.750 rpm (Tabela 1).
A Tabela 1 do manual lista 54 tamanhos — 43 com cotas publicadas na Tabela 7 e 11 com dimensões sob consulta — e fixa para cada um a vazão mínima e a máxima de operação em frações de Qot, a vazão ótima: de 0,1 a 1,1 Qot nos tamanhos dos suportes de mancal 30 e 40, e de 0,15 a 1,1 Qot do suporte 50 em diante.
Cada tamanho cobre uma fatia do envelope; a seleção parte do ponto de trabalho (Q, H) e procura o tamanho cujo BEP fique mais perto dele e cuja POR o contenha.
Quando o ponto de trabalho cai entre dois tamanhos, é comum ajustar o diâmetro do rotor. O aparamento reduz o diâmetro e, com ele, a velocidade periférica; como a altura gerada depende dessa velocidade, a curva inteira desce e se desloca para a esquerda. As leis de afinidade estimam o efeito, mas a ANSI/HI 14.3 trata dos limites do seu uso em mudanças de diâmetro e de rotação, e a estimativa não substitui a curva do diâmetro fornecido.
O manual FBCN também limita a velocidade periférica do rotor por material — até 40 m/s em ferro fundido, 60 m/s em ferro nodular e aço carbono e 80 m/s nos aços inoxidáveis —, o que pesa na escolha da rotação. Na FB Bombas, a fábrica de Cabreúva-SP faz ensaios em bancada hidráulica, e os ensaios e documentos de cada fornecimento, como a curva Q×H do diâmetro fornecido, são definidos na proposta.
As folhas de curva da Série FBCN estão publicadas nos links abaixo, a 1.750 rpm e a 3.500 rpm. Cada folha cobre um tamanho numa rotação: as curvas Q×H dos diâmetros de rotor, com as linhas de eficiência, a potência absorvida e o NPSHr, válidas para água limpa a 20 °C, como diz a legenda.
Leve o ponto (Q, H) à folha do tamanho candidato e faça a verificação da seção 5; com líquido viscoso, a curva de água precisa da correção citada na seção 1. Depois envie à FB Bombas o ponto, o líquido, a temperatura e o NPSHa disponível, e a engenharia confirma na proposta o tamanho, o diâmetro do rotor e a vedação.
8. A curva no serviço de incêndio (NFPA 20)
No serviço de incêndio, a forma da curva deixa de ser preferência de engenharia e vira requisito de norma.
A NFPA 20 padroniza essa forma com três critérios para a bomba centrífuga, como resume a ASPE: entregar pelo menos 100% da vazão nominal na pressão nominal; no mínimo 65% da pressão nominal a 150% da vazão, a capacidade de sobrecarga que prepara a bomba para um aumento de demanda durante o incêndio; e pressão de shutoff limitada a 140% da nominal, para qualquer tipo de bomba, como diz o texto da norma.
O Hydraulic Institute dá a faixa do shutoff como 101% a 140% da pressão nominal e acrescenta que, pelos requisitos da FM, ela não pode ficar abaixo de 99% da pressão máxima desenvolvida pela bomba: o ponto mais alto da curva fica, no máximo, cerca de 1% acima do shutoff. São critérios próprios do incêndio, que não se confundem com a POR e a AOR.
Na seleção, a curva inteira precisa caber no envelope, não só o ponto nominal, e a prova é a curva da bomba fornecida, não a de catálogo.
A NFPA 20 exige uma cópia da curva certificada do ensaio de fábrica para comparar com o ensaio de aceitação em campo, e a bomba instalada precisa reproduzi-la em todas as condições de vazão, inclusive nas ensaiadas, dentro da precisão dos instrumentos; no procedimento de exemplo do anexo, os pontos importantes são o shutoff, a vazão nominal e 150% dela.
Nos conjuntos FBFS da FB Bombas, a bomba principal é da Série FBCN, e curva Q×H, plano de FAT, certificado de ensaio em bancada e testemunho do cliente são definidos na proposta: catálogo e bancada, sozinhos, não provam que todo fornecimento inclui o mesmo FAT.