MAPA – MÁQUINAS DE FLUXO – 54_2024

MAPA – MÁQUINAS DE FLUXO – 54_2024

CONTEXTUALIZAÇÃO

1) As máquinas de fluídos, como estamos estudando neste módulo foram fundamentais para a nossa evolução, seja auxiliando no transporte de fluídos ou então utilizando a energia do fluído para transformá-la em outra forma de energia, como é o caso na energia elétrica.

O Brasil é um País que possui sua matriz energética amplamente renovável, sendo a energia hidráulica a principal fonte de energia que abastece o país, este tipo de energia é gerada através do aproveitamento da energia que um fluído possuí. No caso de usinas hidroelétricas, uma abundância de água, que escoa por um rio, possuí uma elevada energia potencial, e ao sofrer uma queda, parte dessa essa energia potencial se transforma em energia cinética ao passar por uma turbina.

Na atividade de hoje você será o engenheiro responsável por analisar a melhor opção de empreendimento para uma área rural que possuí um rio com vazão disponível para utilização de 12m³/s, este rio possuí uma queda de água com 90m de altura. Buscando a instalação de uma pequena usina para geração de energia elétrica, analise os seguintes cenários:

a) Utilizando um gerador elétrico de 10 polos, e a velocidade de rotação específica, qual seria a opção de turbina para esta situação?

​b) Considerando as eficiências hidráulicas, da turbina e gerador um valor de 0,9 (eficiência total), qual seria a potência elétrica produzida? (Considere a densidade da água=997kg/m³ e a gravidade=9,81m/s²)

2) Uma bomba é um equipamento com a função de transferir energia de uma determinada fonte para um líquido, permitindo que ele possa se deslocar de um ponto para outro, inclusive vencendo desníveis geométricos.

E bomba centrífuga são aquelas que desenvolvem a transformação de energia através do emprego de forças centrífugas. Elas possuem pás cilíndricas, com geratrizes paralelas ao eixo de rotação, sendo essas pás fixadas a um disco e a uma coroa circular, compondo o rotor da bomba.
Em relação à curva característica de uma bomba, podemos dizer que é a expressão cartesiana de suas características de funcionamento, expressas por vazão, em m3/h na abcissa e na ordenada Altura, em mca (metros de coluna d’água).

A cavitação, como também estudamos durante este módulo, é um fenômeno indesejado que pode ocorrer nas máquinas de fluxo. Para calcularmos este fenômeno, devemos considerar alguns parâmetros, como altura de sucção, perda de carga na sucção, pressão atmosférica e pressão de vapor do fluído. Calculando o NPSH(d) é possível analisarmos se uma bomba está ou não operando em uma condição de cavitação.

Outra tarefa que você terá é selecionar uma bomba para suprir um sistema de bombeamento nesta propriedade:

No sistema a seguir, você será responsável por realizar a seleção de uma bomba para um sistema de bombeamento que deve elevar uma vazão de água de 9m³/h a uma altura de 20m.  O diâmetro interno da tubulação é de 1+1/2” (38,1mm) e o comprimento total da tubulação é de 42m, sendo o comprimento total da tubulação de sucção de 3,7m, com uma altura de sucção de 1,8m. Na sucção temos uma válvula pé de crivo (k=7,3) e um cotovelo 90 ° com raio médio (k=0,7). No recalque temos 2 cotovelos 90° com raio médio (k=0,7). Considere que a água está a 25°C e possui viscosidade cinemática igual a 0,8.10-6m²/s.

​Para encontrar a perda de carga distribuída, necessitamos encontrar o fator de atrito (f), para isso podemos utilizar o diagrama de Moody.

Onde:
DP = perda de pressão ou de carga (m).
f = fator de fricção (dado encontrado em tabelas).
L = comprimento equivalente da tubulação (m).
DL = diâmetro interno da tubulação (m).
v = velocidade média do fluido (m/s).
g = aceleração da gravidade (9,81m/s).
Para encontrar a rugosidade relativa (𝞮/d) considere a rugosidade absoluta da tubulação  sendo 0,0762mm

​Para encontrar a perda de carga localizada utilize os valores de para Válvula pé de crivo k=7,3 e para cada cotovelo (90°) um k=0,7


​a) Qual deve ser a altura manométrica da bomba a ser selecionada? Considere as perdas de carga do escoamento.

​b) Se o NPSH requerido é de 4m, esta bomba estará operando em uma condição de cavitação? Utilize um fator de segurança de 10%, em relação ao NPSH requerido. (Considere a pressão atmosférica do local = 101,3kPa e a densidade da água=997kg/m³)

​Para encontrar a pressão de vaporização, podemos utilizar a seguinte tabela:

​c) Pensando no aproveitamento energético do sistema, se um motor elétrico transmite 1kW de potência a esse sistema, qual é eficiência do sistema para a condição de operação descrita?

​3) O laboratório Virtual da algetec nos permite vivenciar experimentos através da simulação. Nesta etapa devemos realizar o experimento do laboratório virtual intitulado “Perda de carga distribuída”. Neste experimento analisaremos a perda de carga distribuída em diferentes tubulações. Primeiramente abra o laboratório virtual leia todo o sumário teórico.  Em seguida, leia o “roteiro” e realize o experimento direcionando toda a água para a tubulação de 32mm, conforme indicado, anotando os valores de vazão (rotâmetro) e pressão (manômetro em U). Depois, reinicie o experimento, conectando, agora, o manômetro à tubulação de 25mm de diâmetro, registre novamente os valores de pressão e vazão conforme se altera a vazão. Agora, responda às seguintes perguntas:

a) Considerando os dois experimentos realizados, quais são as maiores perdas de carga para cada uma das tubulações?
​b) Com base nos seus conhecimentos adquiridos na disciplina, quais são os fatores que contribuíram para que houvesse diferença na perda de carga distribuída entre as tubulações?