MÁQUINAS DE FLUXO U1

MÁQUINAS DE FLUXO U1 - SEÇÃO 1 U1 S1 - ATIVIDADE DIAGNÓSTICA

 

1) As máquinas de fluido podem ser definidas como sendo sistemas mecânicos que adicionam ou extraem energia de um fluido. Assim, podemos classificar as máquinas de fluido quanto ao sentido da transformação de energia em dois tipos:

I. Máquinas de fluido geradora.

II. Máquinas de fluido motora.

Observe os exemplos que máquinas de fluido a seguir:

(1) Bomba Axial.

(2) Carneiro Hidráulico.

(3) Turbina Kaplan.

(4) Compressor.

Assinale a alternativa que indica a associação correta dos exemplos de máquinas de fluxo com sua classificação.
Escolha uma:

2) As máquinas de fluido são sistemas mecânicos que adicionam ou extraem energia de um fluido dependendo de sua aplicação. Elas se diferem também pela forma que se dá a transferência de energia ao fluido consumindo ou realizando trabalho em um sistema. 

Sendo assim, selecione a alternativa que apresenta uma característica das máquinas de deslocamento positivo ou volumétricas:
Escolha uma:

3) As turbinas hidráulicas são de extrema importância na geração de energia elétrica em nosso país. Mais da metade da energia é produzida através de recursos hídricos, evidenciando a necessidade de se conhecer a fundo tal equipamento. Analise as afirmativas a seguir e assinale V para verdadeiro e F para falso:

( ) As turbinas hidráulicas produzem trabalho extraindo a energia contida nos fluidos e convertendo-a em energia mecânica.

( ) Os rotores das turbinas de reação operam parcialmente submersos no fluido de trabalho.

( ) As turbinas de impulsão mais utilizadas são as turbinas Francis.

( ) Em geral, as turbinas de reação produzem mais potência que as turbinas de impulsão.

( ) A turbina Kaplan é um tipo de turbina de impulsão. 

Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
Escolha uma:


MÁQUINAS DE FLUXO U1 - SEÇÃO 1 U1 S1 - ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
1) As turbinas são máquinas projetadas especificamente para extrair a energia contida nos fluidos e converte-la em energia mecânica, na forma de torque e rotação. A energia obtida nas turbinas pode ser utilizada no acionamento de geradores elétricos ou utilizada diretamente na movimentação outros dispositivos mecânicos. Existem dois tipos básicos de turbinas hidráulicas dinâmicas: turbina de impulsão e turbina de reação. Sobre os tipos de turbinas hidráulicas, analise as afirmativas a seguir e assinale V para verdadeiro e F para falso:

( ) Nas turbinas de impulsão a pressão do fluido ao passar pelo rotor permanece praticamente constante.

( ) As turbinas do tipo Pelton e Francis são exemplos de turbinas de reação.

( ) As turbinas de reação, em geral, produzem mais potência que as turbinas de impulsão considerando o mesmo diâmetro e energia potencial do fluido.

( ) Os rotores das turbinas de impulsão operam parcialmente submersos no fluido de trabalho.

Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
Escolha uma:

2) As bombas dinâmicas ou turbobombas promovem a variação da quantidade de movimento ao fluido devido a ação de um elemento rotativo. Esse elemento rotativo, que possui pás ou lâminas, é denominado rotor ou impelidor. O rotor é envolvido por uma carcaça chamada de voluta ou difusor, responsável por transformar energia cinética adquirida pelo fluido ao passar pelo rotor em energia de pressão.

Considerando o contexto apresentado, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas.

I - Em uma turbobomba, a conversão de energia cinética em energia de pressão é realizada através do aumento gradativo da área à medida que o fluido escoa para a saída da máquina.

PORQUE

II - Um aumento da área gera um aumento da velocidade do escoamento e consequentemente um aumento da energia cinética que é então convertida em energia de pressão. 

A respeito dessas asserções, assinale a alternativa correta:
Escolha uma:

3) A maior usina hidroelétrica do Brasil, Itaipu, possui dezenas de turbinas hidráulicas do tipo Francis em sua instalação com capacidades nominais de 700MW cada. Sabendo-se da importância desse equipamento na geração de energia elétrica, analise as afirmativas a seguir e assinale V para verdadeiro e F para falso:

( ) Nessas máquinas o escoamento é similar ao que ocorre nas bombas dinâmicas.

( ) São componentes característicos desses equipamentos a voluta ou tubo espiral, as pás-guias e o rotor.

( ) Operam submersas no fluido de trabalho.

( ) A água é defletida para escoar quase que axialmente antes de entrar no rotor.

( ) A água entra na periferia das pás-guias e escoa para o rotor quase que radialmente, onde é defletida e sai axialmente pelo tubo de extração. 

Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
Escolha uma:


MÁQUINAS DE FLUXO U1 - SEÇÃO 2 U1 S2 - ATIVIDADE DIAGNÓSTICA
1) Para a análise das turbomáquinas é de extrema importância definir claramente as componentes de velocidades do fluido e do rotor nas seções de entrada e saída. Para este fim, é útil desenvolver diagramas de velocidade para os escoamentos de entrada e de saída como o representado na figura a seguir:

Fonte: Adaptado de Fox (2011, p. 511).

Sendo assim, complete as lacunas da sentença a seguir:

O ângulo B1 representa o ângulo de ________ do fluido nas pás e B2 o ângulo de ________ . U1 e U2 são, respectivamente, as velocidades de entrada e saída do________. V1 e V2, representam velocidades _________ do_________ .

Agora, assinale a alternativa correta:
Escolha uma:

2) Considere a equação a seguir referente a taxa de trabalho realizado sobre um rotor de uma turbomáquina:

W = wt = w (r2Vt2-r1Vt1) m
onde:

r2 e r1 são as localizações radiais de saída e entrada do fluido no rotor, respectivamente.

Vt2 e Vt1 são as velocidades tangenciais do fluido.

m é a vazão mássica do fluido.

Analise as afirmações a respeito desta equação:

I - A equação apresentada se refere à potência mecânica de um turbomáquina.

II - A equação é dada pelo produto escalar da velocidade tangencial do rotor pelo torque aplicado.

III - De acordo com a equação, a quantidade de movimento angular do fluido é aumentada pela adição de trabalho de eixo.

IV - Para uma bomba, W > 0 e a quantidade de movimento angular do fluido deve diminuir.

V - Para uma turbina, W < 0 e a quantidade de movimento angular do fluido deve diminuir.

Sendo assim, estão corretas as afirmações:
Escolha uma:

3) A transferência de energia entre uma turbomáquina e o fluido ocorre essencialmente no rotor, e são fundamentalmente processos de conversão energética. Sobre o processo de transferência de energia que ocorre nas turbomáquinas, considere as afirmativas a seguir: 

I. Em uma turbina hidráulica o escoamento diminui a quantidade de movimento ao passar pelo rotor, fornecendo energia mecânica.

II. Devido ao princípio da conservação de massa, as velocidades absolutas nas seções de entrada e saída do rotor de uma bomba são sempre iguais.

III. Ao passar pelo rotor da bomba, o fluido recebe potência hidráulica e diminui sua quantidade de movimento angular.

IV. A eficiência da bomba é definida como sendo a razão entre a potência hidráulica fornecida ao escoamento e potência mecânica de eixo consumida.

Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
Escolha uma:


MÁQUINAS DE FLUXO U1 - SEÇÃO 2 U1 S2 - ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
1) O diagrama de velocidades a seguir representa as componentes da velocidade na entrada e saída do rotor de uma turbomáquina:

Fonte: Adaptado de Fox (2011, p.511).

Neste contexto, associe os elementos da coluna A com as definições contidas na coluna B.
Coluna A Coluna B

I - B1 A - Ângulo de saída nas pás relativos a direção tangencial.
II - U2 B - Velocidade absoluta do fluido na entrada.
III -V1 C - Ângulo de entrada nas pás relativos a direção tangencial.
IV - Vt2 D - Velocidade do rotor na saída.
V - B2 E - Velocidade tangencial do fluido na saída.

Assinale a alternativa que contém a sequência correta das associação entre as colunas:
Escolha uma:

2) A bomba de uma estação de tratamento de água opera com rotação de 1500 rpm enquanto recalca 0,2 m3/s. O rotor dessa bomba possui as seguintes características geométricas.

Parâmetro

Entrada

Saída

Diâmetro, d

120 mm

200 mm

Espessura do rotor, b

70 mm

80 mm

Ângulo da pá,

38,8o 

32,2o 


Considerando o contexto apresentado, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas.

 

I. Para as condições de operação e geometria descritas para essa bomba, a transferência de energia para o escoamento e a altura de elevação da bomba são máximas.

 

 PORQUE

 

II. A velocidade absoluta do escoamento na entrada é puramente radial e o fluido não terá quantidade de movimento angular, quando essa configuração é assumida, refere-se que o escoamento não sofre choque de entrada.

A respeito dessas asserções, assinale a alternativa correta:

Escolha uma:

3) A bomba de uma estação de tratamento de água opera com rotação de 1500 rpm enquanto recalca 0,2 m3/s. O rotor dessa bomba possui as seguintes características geométricas.

Parâmetro

Entrada

Saída

Diâmetro, d

120 mm

200 mm

Espessura do rotor, b

70 mm

80 mm

Ângulo da pá,

38,8o 

32,2o 


Considerando o contexto apresentado, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas.

 

I. Para as condições de operação e geometria descritas para essa bomba, a transferência de energia para o escoamento e a altura de elevação da bomba são máximas.

 

 PORQUE

 

II. A velocidade absoluta do escoamento na entrada é puramente radial e o fluido não terá quantidade de movimento angular, quando essa configuração é assumida, refere-se que o escoamento não sofre choque de entrada.

A respeito dessas asserções, assinale a alternativa correta:

Escolha uma:


MÁQUINAS DE FLUXO U1 - SEÇÃO 3 U1 S3 - ATIVIDADE DIAGNÓSTICA
1) Para estudar o desempenho ideal e real das turbomáquinas, pode-se cumprir as seguintes etapas: 

1 - Prever tendências e estimativas de desempenho antes do projeto e fabricação da turbomáquina.

2 - Utilizar a teoria de Euler e realizar simplificações e hipóteses que fornecem uma análise idealizada do processo de transferência de energia.

3 - Determinar o desempenho real das máquinas experimentalmente.

4 - Determinar o quanto de potência mecânica consumida é transferida ao fluido como potência hidráulica.

Assinale a opção que apresenta a ordem correta das etapas a serem seguidas no estudo:
Escolha uma:

2) As curvas características da bomba são: altura de elevação em função da vazão; potência mecânica de acionamento em função da vazão e eficiência em função da vazão. As curvas de eficiência estão diretamente relacionadas com as curvas de altura de elevação e potência consumida. Geralmente, as curvas de eficiência possuem comportamento parabólico, com concavidade voltada para baixo.

Considerando o contexto apresentado, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas.

I - A eficiência da bomba é nula para a condição de shut-off e aumenta gradativamente com a vazão até seu ponto de máximo, a partir desse ponto, a eficiência decresce continuamente com o aumento da vazão. Esse comportamento sugere um ponto ótimo de máxima eficiência na operação da bomba. No ponto BEP ocorre a máxima eficiência da bomba.

PORQUE

II - No BEP as perdas hidráulicas do escoamento no interior da bomba são minimizadas, possibilitando um melhor aproveitamento da potência mecânica consumida. O projeto de um sistema de bombeamento eficiente exige que a bomba opere próximo da vazão do BEP.

A respeito dessas asserções, assinale a alternativa correta:
Escolha uma:

3) Na figura a seguir é apresentado de forma simplificada o esquema de uma bancada de testes de bombas:


I - O procedimento de teste consiste basicamente em variar a vazão e medir o aumento de pressão entre a sucção e a descarga da bomba.

II - O teste não pode ser iniciado com a válvula totalmente fechada, condição de vazão nula (shut-off).

III - A válvula é aberta rapidamente, enquanto são registrados ponto a ponto todas as variáveis medidas.

IV - Os dados do teste de desempenho são processados e expressos na forma gráfica resultando nas curvas de desempenho da bomba. 

Sendo assim, é correto o que se afirma em:
Escolha uma:


MÁQUINAS DE FLUXO U1 - SEÇÃO 3 U1 S3 - ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM
1) As curvas características são essências para a seleção das bombas centrífugas e projetos de sistemas de bombeamento. Uma determinada bomba centrífuga foi testada e suas curvas características de elevação e eficiência ajustadas pelas seguintes equações parabólicas:

A respeito dessa bomba, analise as afirmações a seguir:

I - Sua eficiência máxima é 60%.

II - Sua máxima altura de elevação é 35 m.

III - Sua altura de elevação no ponto de máxima eficiência é 21 m.

IV - Sua vazão no ponto de máxima eficiência é 0,1 m3/s.

Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
Escolha uma:

2) Existem diversos tipos de curvas características de elevação para bombas. A figura a seguir mostra uma curva do tipo Steep.

Esta curva ocorre para que tipo bombas?
Escolha uma:

3) Um estudante de Engenharia Mecânica ao estudar sobre bombas centrífugas fez algumas observação. Analise as observações feitas pelo aluno e a relação proposta entre elas.

I - As bombas de fluxo axial apresentam a tendência de aumento contínuo da potência em função da vazão. A aplicação dessas bombas exige o dimensionamento do motor elétrico para toda a faixa de vazão.

PORQUE

II - Problemas de sobrecarga podem ocorrer. 

Com relação ao que foi escrito pelo estudante, é correto afirmar que:
Escolha uma:


MÁQUINAS DE FLUXO U1 - SEÇÃO 3 U1 - AVALIAÇÃO DA UNIDADE


1) Desde a antiguidade, o homem tem buscado controlar a natureza. As primeiras máquinas de fluxo desenvolvidas foram as rodas de conchas e as bombas de parafuso para elevar água. Mais tarde foram desenvolvidos moinhos para extrair energia do vento e rodas d'água. Atualmente tira-se proveito de várias máquinas de fluxo em uma lista que poderia ser estendida indefinidamente. Sendo assim, analise as afirmações a seguir:

I - As máquinas que extraem energia de um fluido na forma de trabalho são chamadas de bombas.

II - Nas bombas centrífugas o movimento do líquido dentro da bomba e o movimento do órgão impulsionador são os mesmos, mesma natureza, velocidade, direção e sentido.

III - Somente as bombas alternativas possuem vazão variável com o tempo.

IV - Os compressores aplicam energia em um fluido na forma de trabalho e podem ser dinâmicos ou de deslocamento positivo.

V - As bombas de descolamento positivo podem ser classificadas em radiais, axiais ou mistas. 

Através da leitura atenta das afirmações é correto o que se afirma em:
Escolha uma:

2) As máquinas de fluido podem ser definidas como sendo sistemas mecânicos que adicionam ou extraem energia de um fluido. Assim, podemos classificar as máquinas de fluido quanto ao sentido da transformação de energia em dois tipos: máquinas de fluido geradora, que transformam energia mecânica em energia de fluido; e máquinas de fluido motora, que transformam energia de fluido em energia de mecânica. Sobre as máquinas de fluido considere as afirmativas a seguir:

I - Comparadas às bombas de deslocamento positivo, as bombas dinâmicas são capazes de operar com maiores vazões, fornecendo, no entanto, menores pressões.

II - As bombas dinâmicas ou turbobombas promovem a variação da quantidade de movimento ao fluido devido a ação do rotor, que transfere energia ao fluido, aumentando sua vazão mássica entre sua sucção e descarga.

III - As turbinas hidráulicas, eólicas e a vapor são exemplos de máquinas de fluxo geradoras, pois extraem energia do fluido e geram energia elétrica.

IV - Nas máquinas de deslocamento positivo a energia cinética transferida ao fluido devido as variações volumétricas é relativamente pequena, podendo ser desprezada em muitos casos.

V - As turbinas de impulsão produzem mais potência que as turbinas de reação considerando o mesmo diâmetro e energia potencial do fluido.

Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
Escolha uma:

3) Uma bomba centrífuga operando com água possui as seguintes características apresentadas na tabela:


Vazão: 0,1 m³/s
Elevação teórica: 100 m
Torque: 609 kgf.m
Rotação: 1750 rpm


Considerando g = 9,81 m/s², determine a eficiência da bomba. 

Escolha uma:

4) As bombas são máquinas operatrizes que conferem energia ao fluido com a finalidade de transportá-lo de um ponto ao outro. Elas recebem energia de uma fonte motora e cedem parte desta energia ao fluido sob forma de energia de pressão, cinética ou ambas. As bombas podem ser classificadas em volumétricas ou de descolamento positivo e turbobombas. 

Baseado nessas classificações, assinale a alternativa correta:
Escolha uma:

5) As máquinas de fluido podem ser definidas como sendo sistemas mecânicos que adicionam ou extraem energia de um fluido. Assim, podemos classificar as máquinas de fluido quanto ao sentido da transformação de energia em dois tipos: máquinas de fluido geradora, que transformam energia mecânica em energia de fluido; e máquinas de fluido motora, que transformam energia de fluido em energia de mecânica. 

As máquinas de fluido podem ser classificadas, também quanto ao princípio físico de transferência de energia, na máquina de deslocamento positivo 
Escolha uma: