b) Quais os principais fatores que devem ser considerados no dimensionamento e seleção de turbinas

Описание: MAPA - EMEC - MÁQUINAS DE FLUXO - 54_2025

CONTEXTUALIZAÇÃO:

1) As máquinas de fluidos, como estamos estudando neste módulo, foram fundamentais para a nossa evolução, seja auxiliando no transporte de fluidos ou então utilizando a energia do fluido 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 fluido possuí. No caso de usinas hidroelétricas, uma grande quantidade de água, que escoa por um rio, possui 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 assume o papel de engenheiro responsável por analisar a viabilidade de implantação de uma pequena central hidrelétrica (PCH) em uma área rural. O local conta com um rio cuja vazão disponível é de 15 m³/s e possui uma queda d’água de 70 metros de altura.
Visando selecionar o tipo mais adequado de turbina hidráulica para o aproveitamento dessa energia, analise os seguintes cenários:

a) Com base nas características fornecidas (vazão e altura de queda), qual tipo de turbina hidráulica seria mais indicado para essa situação? Justifique tecnicamente sua escolha.


b) Quais os principais fatores que devem ser considerados no dimensionamento e seleção de turbinas para uma PCH?

c) Explique, de forma breve, como ocorre a conversão de energia na turbina hidráulica e o papel do gerador nesse processo.

d) Calcule a potência hidráulica bruta disponível neste potencial, considerando aceleração da gravidade = 9,8 m/s² e densidade da água = 1000 kg/m³.

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.
As bombas centrífugas 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.
Com 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 esse fenômeno, devemos levar em conta alguns parâmetros, como altura de sucção, perda de carga na sucção, pressão atmosférica e pressão de vapor do fluido. 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 12 m³/h a uma altura de 25 m. O diâmetro interno da tubulação é de 1+1/2” (38,1mm), e o comprimento total da tubulação é de 50 m, sendo o comprimento total da tubulação de sucção de 4 m, com uma altura de sucção de 2 m. 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 30 °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.




Para encontrar a rugosidade relativa (𝞮/d), considere a rugosidade absoluta da tubulação sendo 0,01905 mm.


Para encontrar a perda de carga localizada, utilize os valores 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 4 m, essa 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 = 101,3 kPa e a densidade da água=1000 kg/m³.



c) Pensando no aproveitamento energético do sistema, se um motor elétrico transmite 2,2 kW 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 e leia todo o sumário teórico. Em seguida, leia o “roteiro” e realize o experimento direci