Lista P1 - Operações Unitárias - 2023-2

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Prof. Diego Andrade Lemos LISTA DE EXERCÍCIOS OPERAÇÕES UNITÁRIAS – 2023/2 1. Traçar a curva característica de uma tubulação PVC com diâmetro interno de 0,1 m paara bombear água entre dois tanques abertos até a vazão máxima de 150 m³/h, sendo a diferença de altura estática igual a zero e sabendo que o comprimento total das tubulações de sucção e de descarga é de 700 m. (Utilize a equação de Hazen-Williams para o cálculo da perda de carga e despreze as perdas localizadas em acidentes.) Resolva o problema também para a altura estática de 10 m. 2. Suponhamos ser de 3,0 m o NPSH de uma certa bomba instalada a 600 m de altitude. Se a água circulante estiver a 65°C e a perda de carga na sucção for de 1,5 m, qual a altura máxima da sucção permitida ? Dados: • Pressão atmosférica numa altitude de 600 m: 9,77 m.c.a. (H2O a 65ºC); • Pressão de vapor da água = 2,50 N / cm2; • Densidade da água a 65° C = 0,981 g/cm³. 3. Escolher a bomba adequada (especificar o modelo, diâmetro de rotor, eficiência e NPSHr) para o sistema de bombeamento de água abaixo, que deve ser operado na vazão de 50 m3/h. Dados: • Tubulação de aço Dn = 3 ½ in (n° de série 40 Std); • Peso específico da água = 9,8 x 103 N/m3; • Viscosidade cinemática da água (𝜇/𝜌) = 1,13 x 10-6 m2/s; • Temperatura da água: 20 °C; • 1 atm = 1,013 x 105 N/m2 = 760 mmHg; Checar o NPSH disponível e o requerido. A bomba cavitará? 4. Deve-se bombear água a vazão de 45 m3/h de um reservatório de grandes dimensões para uma tanque pressurizado (pressão manométrica = 0,5 atm). As tubulações de sucção e de descarga são de aço comercial 3½ 40 S. Sabendo-se que a bomba está situada a 6 m acima da superficie da água no reservatório e que o nível de água no tanque pressurizado mantém-se 5 m acima da bomba, solicita-se a) Determinar a altura manométrica do sistema, b) Especificar a bomba utilizada para realizar o bombeamento - Sugestão bomba INI 50 -200 1750 rpm. c) Avaliar se haverá cavitação. Dados: • Comprimento total da tubulação de sucção: 8 m; • Comprimento total da tubulação de descarga: 12 m; • Densidade da água: 1000 kg/m3; • Pressão de vapor da água: 872 N/m2; • 1 atm = 1,013 x 105 N/m2; • 1 ft = 0,3048 m Considerar que a perda de carga na tubulação (incluindo os acessórios) pode ser dada pela equação: • 𝑙𝑤𝑓 = 5,5 ∙ 10−5 ∙ 𝐿 ∙ 𝑄2, na qual L é o comprimento da tubulação (m) e Q a vazão volumétrica (m3/h). 5. Determinar o ponto de operação da bomba utilizada para bombear água de um reservatório a outro, como mostrado na figura abaixo. Sabe-se que o modelo da bomba é INI 40 – 250 velocidade de rotação igual a 1750 rpm e o diâmetro do rotor igual a 226 mm. Para traçar a curva característica da tubulação (H x Q), calcular a perda de carga pela fórmula universal (Eq. de Darcy) e método dos comprimentos equivalentes. Dados: Comprimento total da tubulação (L): 62 m; Comprimento equivalente (Leq): 32 m; Altura geométrica (Z): 10 m; Tubulação de aço 2” 40 Std; Água a 20 °C: 𝜗 = 𝜇 𝜌 = 1,007 ∙ 10−6 𝑚2/𝑠; 6. Água é bombeada entre dois reservatórios em uma tubulação com as seguintes características: D = 300 mm, L = 70 m, f = 0,025, ƩK = 2,5. A curva característica da bomba centrífuga é aproximada pela fórmula: 𝐻𝑝 = 22,9 + 10,7 ∙ 𝑄 − 111 ∙ 𝑄2 em que Hp é dado em metros e Q em m³/s. Determinar a vazão (Q) e a altura manométrica (H) para as seguintes situações: a) Z2 – Z1 = 15 m com uma bomba colocada em operação; b) Z2 – Z1 = 25 m com duas bombas em série colocadas em operação; c) Porque se optou pela associação em série no caso da letra b)? 7. Dados experimentais da filtração de uma suspensão de CaCO3 em água a 25 oC são mostrados na tabela a seguir. O teste foi realizado em um filtro prensa com área de filtração igual a 0,0439 m2 e pressão constante igual a 46,2 kN/m2. A concentração da suspensão filtrada era igual a 23,47 Kg/m3. Calcular a resistência específica da torta e a resistência do meio filtrante. V x 103 (m3) t (s) 0,5 17,3 1,0 41,3 1,5 72,0 2,0 108,3 2,5 152,0 3,0 201,7 8. A mesma suspensão usada no problema anterior será filtrada em um filtro prensa de quadros e placas contendo 30 quadros com 0,873 m2 por quadro. O filtro será operado a pressão constante igual a 46,2 kN/m2 e ao final da operação deseja-se recuperar 2,26 m3 de filtrado. Qual será o tempo total do ciclo se serão utilizados 0,283 m3 de líquido de lavagem e o tempo para drenagem, descarga, limpeza e montagem do filtro é igual a 30 min. 9. Um filtro prensa com 0,0414 m2 de área foi utilizado para filtrar uma solução de BaCO3 a pressão constante igual a 267 kPa. A equação obtida a partir dos testes experimentais foi à seguinte: 3 6 10 4,3 10,25 10  +  = V V t sendo t em s e V em m3. a) Quanto tempo levará para obter 1 m3 de filtrado se a mesma solução e condições experimentais forem usadas em um filtro folha tendo uma área de 6,97 m2? b) Após a filtração, a torta será lavada com 0,10 m3 de água. Calcule o tempo de lavagem. 10. Um pequeno filtro de folhas operou à vazão constante com pressão inicial de 0,35 kgf/cm2. Após 20 min, durante os quais foram coletados 110L de filtrado, a pressão era 3,5 kgf/cm2. Qual será o volume de filtrado coletado durante 20 min se esse filtro operar à pressão constante de 3,5 kgf/cm2 para a mesma suspensão?