AE01 MÁQUINAS DE FLUXO

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<p>ATIVIDADE DE ESTUDO 1 – MÁQUINAS DE FLUXO</p><p>​Instruções:</p><p>- Esta é uma atividade de entrega INDIVIDUAL.</p><p>- Trabalhos com cópias indevidas integrais ou parciais de outros alunos ou da</p><p>Internet terão desconto na nota final.</p><p>- ​A sua resolução deve ser feita utilizando um documento de texto, pois ao</p><p>final da sua atividade, você irá entregar apenas UM ARQUIVO com suas</p><p>respostas. O arquivo a ser entregue deve ser dos formatos DOC / DOCX</p><p>ou PDF.</p><p>​- Se você usa OPEN OFFICE ou MAC, transforme o arquivo em PDF para</p><p>evitar incompatibilidades.</p><p>​- Se você fez a atividade (ou parte dela) a mão, você deve digitalizar ou</p><p>tirar fotos da sua atividade e colocar estas imagens dentro do seu arquivo de</p><p>resposta que será entregue​.</p><p>​- ​O arquivo de resposta preenchido pode ter quantas páginas você precisar</p><p>para respondê-lo.</p><p>- Coloque um nome simples no seu arquivo para não se confundir no</p><p>momento de envio.​</p><p>- Antes de clicar em FINALIZAR, certifique-se de que você está enviando</p><p>o arquivo correto! É a atividade da disciplina certa? Uma vez finalizado você</p><p>não poderá mais modificar o arquivo. Sugerimos que você clique no link</p><p>gerado da sua atividade e faça o download para conferir se está de acordo</p><p>com o arquivo entregue.</p><p>Boa atividade a todos!</p><p>Prof. Dário Machado Júnior</p><p>EXERCÍCIO 1:</p><p>​As máquinas de fluxo são divididas em dois tipos, as máquinas de fluxo</p><p>geradoras e as máquinas de fluxo motoras, qual a diferença entre elas?</p><p>​Máquinas de fluidos geradoras. Esse tipo de máquina faz a transformação de</p><p>energia mecânica, por exemplo, a rotação das pás de um ventilador acionado</p><p>por energia elétrica, em energia de fluido, ou seja, o aumento da velocidade do</p><p>ar saindo do equipamento. Quando o fluido em questão é um líquido, as</p><p>máquinas são denominadas bombas. Mas quando o fluido é um gás ou vapor,</p><p>essas máquinas são chamadas de ventiladores, podendo ser, também,</p><p>sopradores ou compressores. A Figura a seguir apresenta uma série de</p><p>ventiladores industriais.</p><p>Máquina de fluido motora são as turbinas hidráulicas utilizadas em</p><p>empreendimentos hidrelétricos responsáveis por fornecer boa parte da energia</p><p>utilizada pela população mundial. Uma usina é composta por várias partes,</p><p>como vertedouros, casas de máquinas, tomadas d´água, reservatórios,</p><p>geradores, casas de comando, entre outras, sendo a turbina hidráulica uma das</p><p>máquinas mais importantes. Resumindo seu funcionamento, o reservatório é</p><p>formado pelo Descrição da Imagem: a imagem apresenta uma série de</p><p>ventiladores industriais no telhado de um estabelecimento. Este sistema de</p><p>ventilação apresenta um grande número de ventiladores, destacando o grande</p><p>tamanho e a capacidade de ventilação deste sistema. represamento da água</p><p>de um rio pela barragem e este grande volume de água desce, rapidamente,</p><p>até a casa de máquinas, onde se encontram as turbinas hidráulicas,</p><p>movimentando-as. As turbinas estão ligadas aos eixos dos geradores,</p><p>resultando em acionamento dos mesmos, consequentemente, produzindo</p><p>energia elétrica. A Figura a seguir ilustra as partes de uma usina que utiliza</p><p>turbinas hidráulicas e geradores elétricos</p><p>Uma máquina de fluxo motora faz a transformação de energia de fluido em</p><p>energia mecânica. Quando o fluido passa pelo equipamento, ele perde energia,</p><p>a qual se transfere para o componente rotativo, aumentando a energia</p><p>mecânica do sistema. Podemos citar como exemplo um rotor de uma turbina</p><p>hidráulica sendo acionado pela velocidade da água escoando a determinada</p><p>altura. As máquinas de fluxo geradoras recebem trabalho mecânico de alguma</p><p>fonte e transformam em energia de fluido. Nesse caso, a energia do fluido</p><p>aumenta quando passa pelo equipamento. As bombas e os ventiladores são</p><p>exemplos de máquinas de fluxo geradoras</p><p>​EXERCÍCIO 2:</p><p>As bombas são equipamentos que adicionam energia a um escoamento, são</p><p>essenciais quando necessita-se deslocar um fluído para uma altura superior à</p><p>que o fluido se encontra. As bombas centrífugas são divididas em Bombas</p><p>radiais, bombas de fluxo axial e bombas de fluxo misto, como funciona cada</p><p>uma?</p><p>Nas bombas centrífugas de fluxo mista, o fluido também entra, paralelamente,</p><p>ao eixo do rotor, mas, neste caso, o fluxo sai da bomba em uma direção</p><p>diagonal ao eixo, ou seja, após a passagem da água através da bomba, ela é</p><p>expulsa a determinada vazão e pressão em uma trajetória inclinada .Já nas</p><p>bombas de fluxo axial, novamente o fluido entra em uma trajetória paralela ao</p><p>eixo do rotor, porém, neste caso, o fluxo é guiado e sai em uma trajetória</p><p>também paralela ao eixo. Por isso, recebe o nome de bomba de fluxo axial, a</p><p>água é expulsa do rotor para as seguintes tubulações fazendo um ângulo de</p><p>180 graus com o eixo do rotor. As Figuras a seguir mostram o rotor das bombas</p><p>de fluxo, mista e axial, respectivamente</p><p>Nas bombas de fluxo axiais (axial flow turbomachines) o escoamento do fluido</p><p>e através do rotor acontece numa direção paralela (axial) ao eixo do motor.Ex.:</p><p>Bombas axiais, ventiladores axiais e a turbinas hidráulicas do tipo Hélice e</p><p>Kaplan</p><p>Nas bombas de fluxo diagonais (misto), quando o escoamento não e radial nem</p><p>axial a bomba e denominada de fluxo misto, diagonal ou semi-axial, com as</p><p>partículas de fluido percorrendo o rotor numa trajetória situada sobre uma</p><p>superfície aproximadamente cônica.Turbina Francis rápida e a turbina</p><p>hidráulica Dériaz.</p><p>​EXERCÍCIO 3:</p><p>As perdas de carga são um fenômeno que acontece nos escoamentos, são</p><p>perdas de energia durante o escoamento. Nós podemos ter perdas de cargas</p><p>localizadas e distribuídas em escoamentos, explique essas duas perdas de</p><p>carga e cite em quais situações temos essas perdas de carga ocorrem.</p><p>Perda de carga distribuída</p><p>Esse tipo de perda de carga ocorre em trechos de tubulação retilíneos e de</p><p>diâmetro constante.</p><p>Ela se dá porque a parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão</p><p>distribuída ao longo de seu comprimento que faz com que a pressão total vá</p><p>diminuindo gradativamente, daí o nome perda de carga distribuída.</p><p>A seguir, aprenderemos como calcular essa perda de carga em uma tubulação.</p><p>Cálculo da perda de carga distribuída</p><p>Abaixo, algumas fórmulas usadas para o cálculo da perda de carga distribuída</p><p>em uma tubulação para vários tipos de escoamento.</p><p>Expressão usando a fórmula universal:</p><p>Expressão para o fator de atrito</p><p>No caso do escoamento laminar (Re < 2000), o fator de atrito é calculado por:</p><p>f=64/Re</p><p>Onde:</p><p>Re é o número de Reynolds (adimensional).</p><p>Já se o escoamento for turbulento (Re > 4000), o fator de atrito é calculador por</p><p>interação da seguinte forma:</p><p>Onde:</p><p>f é o fator de atrito (adimensional);</p><p>ε/D é a rugosidade relativa (adimensional);</p><p>Re é o número de Reynolds (adimensional).</p><p>Perda de carga localizada</p><p>A perda de carga localizada ocorre em trechos da tubulação onde há presença</p><p>de acessórios, sejam eles: válvulas, curvas, derivações, registros ou conexões,</p><p>bombas, turbinas e outros.</p><p>A presença desses acessórios contribui para a alteração de módulo ou direção</p><p>da velocidade média do escoamento e, consequentemente, de pressão no local,</p><p>ou seja, age alterando a uniformidade do escoamento.</p><p>Dessa forma, há contribuição para o aumento da turbulência no fluido e essa</p><p>turbulência provoca a perda de carga. Neste caso, a perda de carga é provocada</p><p>pelos acessórios na tubulação e recebe o nome de perda de carga localizada.</p><p>Um fato curioso sobre a perda de carga localizada é que sua influência sobre a</p><p>linha de energia ocorre tanto a montante como a jusante da localização do</p><p>acessório presente na tubulação.</p><p>Cálculo da perda de carga localizada utilizando a expressão geral</p><p>Abaixo, as fórmulas usadas para o cálculo da perda de carga localizada em</p><p>uma tubulação (para vários acessórios), utilizando a expressão geral da perda</p><p>de carga localizada, que é a seguinte:</p><p>https://www.guiadaengenharia.com/numero-reynolds-entenda/</p><p>EXERCÍCIO 4:</p><p>A perda de carga distribuída nos escoamentos ocorre devido à interação entre</p><p>o fluído e a superfície a qual o fluído escoa. A superfície está diretamente</p><p>ligada à perda de carga, quanto maior for o atrito entre o fluído e a superfície,</p><p>maior será a perda</p><p>de carga. Nós podemos calcular a perda de carga</p><p>distribuída utilizando a fórmula:</p><p>​∆P = perda de pressão ou de carga [m].</p><p>f = fator de atrito.</p><p>L = comprimento equivalente da tubulação (m].</p><p>DL = diâmetro interno da tubulação [m].</p><p>v = velocidade média do fluido [m / s].</p><p>g = aceleração da gravidade [m / s²].</p><p>Em uma tubulação de 50m de comprimento e 0,2m de diâmetro interno, um</p><p>fluido escoa a uma velocidade 2m/s. Qual será a perda de carga nesta</p><p>tubulação considerando um fator de atrito de 0,019.</p><p>Dados</p><p>​∆P = perda de pressão ou de carga [m].</p><p>f = 0,019</p><p>L = 50m.</p><p>DL = 0,2m</p><p>v = 2m/s</p><p>g = 9,8 m/s²</p><p>Jogando dados na formula</p><p>∆P = 0,019 * ((50 / 0,2) * ( 2² / 2 * 9,8 ))</p><p>∆P = 372,4m</p><p>EXERCÍCIO 5:</p><p>Quais são os fatores que influenciam no aumento ou na diminuição da perda</p><p>de carga em um escoamento?</p><p>O escoamento de um fluido através de tubulações sofre a influência das</p><p>paredes e de obstáculos no seu interior, devido ao atrito do fluido com a parede</p><p>do tubo ocorre uma dissipação de energia ou perdas de carga, sempre que um</p><p>fluido escoa em um tubo de um ponto a outro haverá perda de energia. O</p><p>conhecimento sobre as perdas de carga em tubulações e acessórios</p><p>hidráulicos são de grande importância, pois influenciam nos dimensionamentos</p><p>dos projetos hidráulicos e das maquinas de fluxos.</p><p>Existem inúmeras equações que descrevem como efetuar o cálculo das perdas</p><p>de carga, dentre elas se destacam algumas relações importantes como a</p><p>equação de Darcy-Weisbach, equação Hanzen-Williams e a equação de</p><p>Flamant</p><p>O cálculo destas perdas permite a otimização destes projetos gerando</p><p>economia na produção e eficiência das instalações hidráulicas, logo colabora</p><p>de forma assídua nas aplicações que envolvem fluidos e tubulações.</p><p>O escoamento de um fluido através de tubulações sofre a influência das</p><p>paredes e de obstáculos no seu interior, devido ao atrito do fluido com a parede</p><p>do tubo ocorre uma dissipação de energia ou perdas de carga, sempre que um</p><p>fluido escoa em um tubo de um ponto a outro haverá perda de energia.</p><p>As perdas de carga distribuída ocorrem em trechos retilíneos da tubulação,</p><p>onde a pressão imposta pela parede do tubo diminui gradativamente ao longo</p><p>de seu comprimento, e a geometria da área interna permanece constante, e as</p><p>perdas de carga localizada ocorre em trechos singulares dos condutos tais</p><p>como: junções, derivações, curvas, válvulas, entrada, saídas e etc.</p><p>Esse tipo de perda de carga ocorre em trechos de tubulação retilíneos e de diâmetro constante.</p><p>Ela se dá porque a parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão distribuída ao longo de seu comprimento que faz com que a pressão total vá diminuindo gradativamente, daí o nome perda de carga distribuída.</p><p>A seguir, aprenderemos como calcular essa perda de carga em uma tubulação.</p><p>Cálculo da perda de carga distribuída</p><p>Abaixo, algumas fórmulas usadas para o cálculo da perda de carga distribuída em uma tubulação para vários tipos de escoamento.</p><p>Expressão usando a fórmula universal:</p><p>Perda de carga localizada</p><p>A perda de carga localizada ocorre em trechos da tubulação onde há presença de acessórios, sejam eles: válvulas, curvas, derivações, registros ou conexões, bombas, turbinas e outros.</p><p>A presença desses acessórios contribui para a alteração de módulo ou direção da velocidade média do escoamento e, consequentemente, de pressão no local, ou seja, age alterando a uniformidade do escoamento.</p><p>Dessa forma, há contribuição para o aumento da turbulência no fluido e essa turbulência provoca a perda de carga. Neste caso, a perda de carga é provocada pelos acessórios na tubulação e recebe o nome de perda de carga localizada.</p><p>Um fato curioso sobre a perda de carga localizada é que sua influência sobre a linha de energia ocorre tanto a montante como a jusante da localização do acessório presente na tubulação.</p><p>Cálculo da perda de carga localizada utilizando a expressão geral</p><p>Abaixo, as fórmulas usadas para o cálculo da perda de carga localizada em uma tubulação (para vários acessórios), utilizando a expressão geral da perda de carga localizada, que é a seguinte:</p>