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 grande quantidade 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 7m³/s, este rio possuí uma queda de água com 50m de altura. Visando a instalação de uma pequena usina para geração de energia elétrica, analise os seguintes cenários:
a) Utilizando um gerador elétrico de 12 polos, e a velocidade de rotação específica, qual seria aa opções de turbina para esta situação?
= velocidade de rotação específica (adimensional)
n = rotação do rotor (rps)
Q= vazão de projeto (m3/s)
Y = salto energético específico (J/kg)
O salto energético pode ser obtido pela seguinte relação:
Y = g.h
Onde:
g = gravidade (m/s²)
h = altura de queda (m)
Fonte: Bottender, P. H. M. Máquinas de Fluxo (Unicesumar)
b) Considerando as eficiências hidráulicas, referente as perdas de carga, como sendo 93%, a eficiência da turbina 90% e a eficiência do gerador elétrico 97%, qual seria a potência elétrica produzida? (Considere a densidade da água=1000kg/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 a 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 levar em conta 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.
Uma 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 5m³/h a uma altura de 15m. O diâmetro interno da tubulação é de 1” (25,4mm) e o comprimento total da tubulação é de 28m, sendo o comprimento total da tubulação de sucção de 3,8m, com uma altura de sucção de 1,7m. Na sucção temos uma válvula gaveta (k=0,2) 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.
Fonte: Autor
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 0,0508mm
Fonte: Fox, R.W. McDonald, A.T. and Pritchard, P.J.; “Introdução à Mecânica dos Fluidos”, LTC, 6a ed. (2004)
Para encontrar a perda de carga localizada, utilizamos a seguinte fórmula:
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 5,2m, esta bomba operará em uma condição de cavitação? Utilize um fator de segurança de 15%, em relação ao NPSH requerido. (Considere a pressão atmosférica do local = 97kPa e a densidade da água=1000kg/m³)
Para encontrar a pressão de vaporização, podemos utilizar a seguinte tabela:
Fonte: Olender, A. Tabelas Termodinâmicas (Escola Politécnica da Universidade de São Paulo)
Não perca tempo, garanta o trabalho completo entrando em contato agora mesmo!
