Lista Máquinas de Fluxo - Eng Mecânica

1 A bomba dágua na figura mantém uma pressão de 45 kNm2 no ponto 1 Há um filtro uma válvula de disco aberta pela metade kV 28 e dois cotovelos de 90 normais rosqueados conforme figura Há 24m de tubo de aço comercial ε 0046 mm de 100mm de diâmetro Para que seja possível abastecer o reservatório a uma taxa de 11 Ls sem variar os parâmetros da bomba qual deve ser o coeficiente de perda do filtro 20 pontos Dados Massa específica da água 999 kgm3 Viscosidade da água 0001 Pas Coeficiente K para saída em canto vivo 10 Demais dados a serem obtidos nas tabelas contidas na prova Diâmetro nominal pol mm Rosqueada Flangeada ½ 13 1 25 2 50 4 100 1 25 2 50 4 100 8 200 20 500 Válvulas totalmente abertas Globo 14 82 69 57 13 85 60 58 55 Gaveta 03 024 016 011 080 035 016 007 003 Retenção basculante 51 29 21 20 20 20 20 20 20 Em ângulo 90 47 20 10 45 24 20 20 20 Cotovelos 45 normal 039 032 030 029 45 raio longo 021 020 019 016 014 90 normal 20 15 095 064 050 039 030 026 021 90 raio longo 10 072 041 023 040 030 019 015 010 180 normal 20 15 095 064 041 035 030 025 020 180 raio longo 040 030 021 015 010 Tês Escoamento direto 090 090 090 090 024 019 014 010 007 Escoamento no ramal 24 18 14 11 10 080 064 058 041 Uma bomba centrífuga de 37 cm de diâmetro operando a 2140 RPM com água a 20 C massa específica 998 kgm3 produz os seguintes dados de desempenho De posse dessas informações 2 Determine o ponto de máximo rendimento 10 ponto 3 Encontre os adimensionais para o ponto de máximo rendimento 10 ponto 4 Se quisermos usar essa mesma família de bombas para bombear 442 Ls de querosene a 20C massa específica 804 kgm3 com uma potência de eixo de 400 kW qual é a rotação da bomba em RPM e o tamanho do rotor em cm necessários 10 ponto 5 Óleo SAE 30 a 20C ρ 891 kgm3 e μ 029 Pas escoa no tubo de 3 cm de diâmetro mostrado na figura Para as medidas de pressão mostradas determine a vazão em m3h Considerar o escoamento laminar onde hp 128μLQ 15 ponto π𝞀gd4 6 O que significa escorvar uma bomba O que fazer para que a realização desse procedimento não seja em vão quando do desligamento da bomba 05 ponto 7 O que diferencia uma bomba submersa de uma bomba afogada Como o fato de a bomba ser afogada contribui do ponto de vista da NPSH disponível 05 ponto 8 O que diferencia o processo de cavitação do processo de vaporização convencional 05 ponto 9 PETROBRAS 2015 Profissional Júnior Engenharia Mecânica Banca Organizadora CESGRANRIO As bolhas gasosas tanto surgem no fenômeno conhecido como cavitação quanto na vaporização convencional Na cavitação as bolhas nascem devido àao 10 ponto A redução de pressão mantida a temperatura constante B redução de temperatura mantida a pressão constante C aumento de pressão e de temperatura D aumento de pressão mantida a temperatura constante E aumento de temperatura mantida a pressão constante 10 UFGD 2019 Engenheiro Mecânica Banca Organizadora UFGD A figura a seguir mostra a curva característica Net Positive Suction Head Required NPSHR de uma determinada bomba Se a bomba está sofrendo cavitação uma das maneiras de solucionar o problema é reduzir o NPSHR Assinale a alternativa que apresenta uma medida para reduzir o NPSHR 10 ponto A Aumentar o diâmetro da tubulação de sucção B Reduzir a altura estática de sucção C Reduzir a temperatura do fluido bombeado D Instalar um indutor em frente ao rotor principal da bomba E Aumentar a temperatura do fluido bombeado Vt u VnCOTgβ Ph ρQu2Vt2 Q 𝛟 nD3 gH ψ n2D2 W χ ρn3D5 Fator de atrito f 1λ² d2ε Rugosidade relativa dp Número de Reynolds Re ν V d 64Re Escoamento laminar Zona de transição Turbulência completa tubos rugosos Tubos lisos 010 009 008 007 006 005 004 003 002 0015 001 0008 0006 0004 0002 0001 00008 00006 00004 00002 00001 000005 000001 810⁸ 210⁷ 3 4 5 6 810⁷ 210⁶ 3 4 5 6 810⁶ 210⁵ 3 4 5 6 810⁵ 210⁴ 3 4 5 6 810⁴ 210³ 3 4 5 6 810³ 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 Equação de energia escrita do ponto 1 até a superfície do tanque que está a pressão atmosférica 𝑝1 𝜌𝑔 𝑉1 2 2𝑔 𝑧1 𝑝2 𝜌𝑔 𝑉2 2 2𝑔 𝑧2 ℎ𝑓 𝐾𝑣á𝑙𝑣𝑢𝑙𝑎 𝐾𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 2𝐾𝑐𝑜𝑡𝑜𝑣𝑒𝑙𝑜𝑠 𝐾𝑠𝑎í𝑑𝑎 Na superfície ou seja no ponto 2 a velocidade é nula e podemos assumir que a pressão no ponto 2 é igual à pressão atmosférica que é significativamente inferior à pressão no ponto 1 Portanto 𝑝1 𝜌𝑔 𝑉1 2 2𝑔 𝑧1 𝑧2 ℎ𝑓 ℎ𝑚 Velocidade no ponto 1 𝑄 11 𝐿 𝑠 𝑚3 1000𝐿 0011 𝑚3𝑠 𝑉1 𝑄 𝐴 0011 𝜋 4 0122 14 𝑚𝑠 𝑝1 𝜌𝑔 𝑉1 2 2𝑔 𝑧1 𝑧2 ℎ𝑓 ℎ𝑚 𝑝1 𝜌𝑔 𝑉1 2 2𝑔 𝑧1 𝑧2 𝑉2 2 2𝑔 𝐿 𝐷 𝑓 𝐾𝑣á𝑙𝑣𝑢𝑙𝑎 𝐾𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 2𝐾𝑐𝑜𝑡𝑜𝑣𝑒𝑙𝑜𝑠 𝐾𝑠𝑎í𝑑𝑎 45000 998 981 142 2981 0 27 142 2981 24 01 𝑓 28 𝐾𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 2064 1 Reynolds 𝑅𝑒 𝜌𝑉𝐷 𝜇 9981401 0001 140000 14 105 Rugosidade relativa 𝜖 𝐷 0045 103 01 000045 Ao analisar o Diagrama de Moody observamos que estamos ligeiramente acima da curva com rugosidade relativa de 00004 o que nos permite concluir que f 00195 45000 998 981 142 2981 0 27 142 2981 00193 24 01 28 𝐾𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 2064 1 𝐾𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 96 Uma bomba centrífuga de 37 cm de diâmetro operando a 2140 RPM com água a 20 C massa específica 998 kgm3 produz os seguintes dados de desempenho De posse dessas informações 2 Determine o ponto de máximo rendimento 10 ponto Usando tabela fornecida pelo enunciado pra calcular os rendimentos pra cada uma das vazões 𝜂 𝜌𝑔𝑄𝐻 𝑃 Realizando os cálculos para cada um dos pontos Observase na tabela que o maior valor de rendimento η 92 ocorre no ponto com vazão volumétrica de 020 m³s Q m³s H m P W η 0 105 100 0 005 104 115 044 01 102 135 074 015 100 171 086 02 95 202 092 025 85 228 091 03 67 249 07 3 Encontre os adimensionais para o ponto de máximo rendimento 10 ponto Calculando os coeficientes para cada um dos pontos 𝐶𝑄 𝑄 𝑛𝐷3 0110 𝐶𝐻 𝑔𝐻 𝑛2𝐷2 525 𝐶𝑃 𝑃 𝜌𝑛3𝐷5 202𝑘𝑊 998 𝑘𝑔𝑚336 𝑟𝑝𝑠3037 𝑚5 0626 4 Se quisermos usar essa mesma família de bombas para bombear 442 Ls de querosene a 20C massa específica 804 kgm3 com uma potência de eixo de 400 kW qual é a rotação da bomba em RPM e o tamanho do rotor em cm necessários 10 ponto 0442 𝑚3𝑠 𝑛2𝐷2 3 0110 400 𝑘𝑊 804 𝑘𝑔𝑚3𝑛2 3𝐷2 5 0626 𝑛2 261 𝑟𝑝𝑠 1566 𝑅𝑃𝑀 𝐷2 0534 𝑚 534𝑐𝑚 5 Óleo SAE 30 a 20C ρ 891 kgm3 e μ 029 Pas escoa no tubo de 3 cm de diâmetro mostrado na figura Para as medidas de pressão mostradas determine a vazão em m3h 15 ponto A equação geral de energia entre os pontos A e B pode ser escrita como 𝑃𝐴 𝜌𝑔 𝑉𝐴 2 2𝑔 𝑧𝐴 𝑃𝐵 𝜌𝑔 𝑉𝐵 2 2𝑔 𝑧𝐵 ℎ𝑓 considerando que o fluxo ocorre em um tubo de seção constante temos VA VB Dessa forma os termos relativos à energia cinética se cancelam permitindo que a equação relacione unicamente as alturas manométricas e a perda de carga hf Note que o lado esquerdo da equação representa a altura manométrica total no ponto A enquanto o lado direito sem incluir hf corresponde à altura manométrica no ponto B Assim se a altura manométrica calculada em A for superior à de B isso indica que o fluxo se desloca do ponto A para o ponto B ou seja para cima Calculase as alturas manométricas individuais 𝐻𝐺𝐿𝐵 𝑃𝐵 𝜌𝑔 𝑧𝐵 180000 891981 15 356 𝑚 𝐻𝐺𝐿𝐴 𝑃𝐴 𝜌𝑔 𝑧𝐴 500000 891981 0 572 𝑚 Observando que a pressão em A é consideravelmente maior do que em B ao calcularmos as alturas manométricas correspondentes constatamos que HGLA HGLB Isso indica que o fluxo se dirige no sentido ascendente já que a perda de carga é dada pela diferença entre essas duas alturas manométricas ℎ𝑓 𝐻𝐺𝐿𝐴 𝐻𝐺𝐿𝐵 Considerandose escoamento laminar ℎ𝑓 527 356 128𝜇𝐿𝑄 𝜋𝜌𝑔𝑑4 ℎ𝑓 12802925𝑄 𝜋8919810034 𝑄 0000518 𝑚3 𝑠 186 𝑚3 ℎ 6 O que significa escorvar uma bomba O que fazer para que a realização desse procedimento não seja em vão quando do desligamento da bomba 05 ponto Escorvar uma bomba é encher a bomba e a tubulação de sucção com o líquido removendo todo ar ou gás Para que esse procedimento não seja em vão após o desligamento devese manter o sistema escorvado ou reescorvar a bomba antes da próxima partida 7 O que diferencia uma bomba submersa de uma bomba afogada Como o fato de a bomba ser afogada contribui do ponto de vista da NPSH disponível 05 ponto Uma bomba submersa opera inteiramente no interior do líquido enquanto uma bomba afogada é colocada dentro do líquido mas não necessariamente totalmente imersa em um reservatório O afogamento aumenta o NPSH disponível ao aproveitar a coluna de líquido para manter a pressão de sucção elevada 8 O que diferencia o processo de cavitação do processo de vaporização convencional 05 ponto A cavitação é a formação e subsequente implosão de bolhas de vapor devido a quedas locais de pressão causando impactos e danos enquanto a vaporização convencional é a mudança de fase controlada do líquido em ebulição sem os efeitos dinâmicos prejudiciais associados ao colapso súbito das bolhas 9 Na cavitação as bolhas nascem devido à redução de pressão mantida a temperatura constante 10 A única alternativa correta é a D pois a instalação de um indutor eleva a pressão na entrada da bomba ajudando a evitar a cavitação As alternativas A e E incorretas pois reduzem o NPSHd favorecendo a cavitação Já as alternativas B e C aumentam o NPSHd o que é desejável mas não alteram o NPSHr Pressão e temperatura influenciam o NPSHd não o NPSHr