Atividade 4 Máquinas Hidráulicas

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13/11/2021 22:02 GRA0832 MÁQUINAS HIDRÁULICAS GR2203-212-9 - 202120.ead-29780744.06
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Curso GRA0832 MÁQUINAS HIDRÁULICAS GR2203-212-9 - 202120.ead-
29780744.06
Teste ATIVIDADE 4 (A4)
Iniciado 13/11/21 21:10
Enviado 13/11/21 22:58
Status Completada
Resultado da
tentativa
10 em 10 pontos 
Tempo decorrido 1 hora, 47 minutos
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Pergunta 1
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da
resposta:
Um parâmetro importante que pode apoiar a seleção de uma turbina hidráulica é a
velocidade específica. Sua definição tem como base a teoria da semelhança
mecânica, e sua expressão matemática é fornecida a seguir:
 
 
O fluido de operação é a água, com massa específica igual a 998 kg/m³, e a
rotação do protótipo é de 160 rpm (16,75 rad/s). Ademais, no ponto de máxima
eficiência, a queda bruta é de 200 m, e a potência é de 400 MW.
 
Diante do exposto, assinale a alternativa correta sobre a velocidade específica
para o referido protótipo de turbina hidráulica:
0,86.
0,86.
Resposta correta. A alternativa está correta. De fato, substituindo-se os dados
fornecidos pelo enunciado da questão na equação de velocidade específica,
, temos que: 
 
= . Assim, a velocidade específica
para a turbina protótipo será de .
Pergunta 2
As turbinas hidráulicas são dispositivos que consistem em uma carcaça, um rotor,
um distribuidor e um tubo. Esses equipamentos convertem a energia hidráulica do
fluido em energia mecânica para que o gerador acoplado a transforme em energia
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Comentário
da
resposta:
elétrica. A voluta (ou carcaça) é o elemento que abriga os componentes da turbina,
o rotor é o componente responsável pelas transformações de energia, e o
distribuidor ajuda a direcionar o fluxo, contribuindo com os processos de
transformação de energia. As turbinas hidráulicas podem ser classificadas como
de deslocamento positivo ou turbinas dinâmicas.
 
A respeito das turbinas hidráulicas e suas classificações, analise as afirmativas a
seguir e assinale V para Verdadeiro e F para Falso:
 
I. ( ) As turbinas de deslocamento positivo, geralmente, são utilizadas para medir
vazão ou volume de fluido.
II. ( ) As turbinas dinâmicas podem ser utilizadas tanto para medir vazão quanto
em processos de geração de energia, sendo classificadas em dois subtipos:
turbinas de ação (impulso) ou de reação.
III. ( ) Nas turbinas de ação, a pressão estática aumentará dentro do rotor. Alguns
exemplos são: turbinas Kaplan, turbinas Francis e turbinas Hélice.
IV. ( ) Nas turbinas de reação, verifica-se uma redução na pressão estática do
fluido ao passar pelo rotor. Três bons exemplos são: turbinas Kaplan, turbinas
Francis e turbinas Hélice.
 
Agora, marque a alternativa que apresenta a sequência correta:
V, V, F, V.
V, V, F, V.
Resposta correta. A sequência está correta, pois as turbinas de deslocamento
positivo, de fato, podem ser utilizadas para medir vazão ou volume de um fluido. Já
as turbinas dinâmicas, além dessa função, podem operar em processos de geração
de energia, sendo classificadas como de ação (impulso) ou de reação. Também é
correto afirmar que, nas turbinas de reação, haverá uma redução na pressão
estática do fluido ao passar pelo rotor, sendo três bons exemplos, realmente, as
turbinas Kaplan, as turbinas Francis e as turbinas Hélice.
Pergunta 3
As turbinas Francis são as mais adequadas para cargas hidráulicas
intermediárias. Em geral, uma Francis de grande porte apresenta, no mínimo, 16
pás de rotor, alcançando eficiência na faixa de 90-95%. A figura a seguir
apresenta um rotor de uma turbina Francis com escoamento radial na hidrelétrica
de Round Butte, em Madras, Oregon, EUA. O rotor possui 17 pás e diâmetro
externo de 11,8 pés (3,6 m). A turbina gira a 180 rpm (18,84 rad/s) e produz 119
MW de potência a uma vazão de 127 m³/s e uma carga líquida de 105 m.
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Resposta
Correta:
Comentário
da
resposta:
Figura - Fotografia em preto e branco de uma turbina Francis de escoamento
radial
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 693).
#PraCegoVer : a figura apresenta uma fotografia em preto e branco de uma
turbina Francis com escoamento radial na hidrelétrica de Round Butte, em Madras,
Oregon, EUA. O rotor possui 17 pás e diâmetro externo de 11,8 pés (3,6 m). Na
parte superior da turbina, há dois homens trabalhando.
 
Sobre a turbina Francis descrita no enunciado, assinale a alternativa correta:
Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina Francis
terá uma velocidade específica igual a, aproximadamente, 1,09.
Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina
Francis terá uma velocidade específica igual a, aproximadamente, 1,09.
Resposta correta. A alternativa está correta. De fato, ao substituir os dados
fornecidos pelo enunciado da questão na equação de velocidade específica,
, temos que: 
 
= . Assim, a velocidade específica
para a turbina protótipo será de .
Pergunta 4
As válvulas são classificadas com base em sua função dentro da instalação.
Podem ser de bloqueio, de regulagem, unidirecionais e de controle de pressão a
montante ou a jusante. Elas possuem a importante finalidade de controlar e
bloquear a vazão de fluido em uma instalação hidráulica. Sua presença afeta as
perdas de carga, o custo e a manutenção de toda a instalação.
 
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Resposta Correta: 
Comentário
da
resposta:
Com relação aos tipos e aos princípios de funcionamento das válvulas, analise as
afirmativas a seguir e assinale V para Verdadeiro e F para Falso:
 
I. ( ) Os principais tipos de válvulas de controle a jusante são: as ventosas, as
redutoras, as reguladoras e as quebra vácuo.
II. ( ) As válvulas de controle de pressão a montante entram em ação assim que o
valor de pressão na linha e a montante alcança o valor de referência.
III. ( ) As válvulas de pressão a jusante
têm como finalidade realizar o bloqueio ou estabelecer a vazão de fluido, ou seja,
são totalmente fechadas ou abertas.
IV. ( ) As válvulas unidirecionais invertem o sentido de escoamento do fluido, pois
trabalham de acordo com a diferença de pressão da entrada com a saída.
 
Agora, marque a alternativa que apresenta a sequência correta:
V, V, F, V.
V, V, F, V.
Resposta correta. A sequência está correta, pois as válvulas dos tipos ventosa,
redutora, reguladora e quebra vácuo fazem parte dos principais tipos de válvulas de
controle a jusante. Além disso, realmente, as válvulas de controle de pressão a
montante entram em ação assim que o valor de pressão na linha e a montante
alcança o valor de referência. Por fim, de fato, as válvulas unidirecionais têm a
capacidade de inverter o sentido de escoamento do fluido, já que são acionadas
pela diferença de pressão entre a entrada e a saída.
Pergunta 5
Os tipos de turbinas hidráulicas comerciais mais utilizados são: as turbinas Pelton,
para altas quedas e baixas vazões; as turbinas Kaplan, para baixas quedas, mas
com grandes volumes de água; e as turbinas Francis, para aplicações que
conciliam alturas de quedas e vazões médias. A figura a seguir mostra um gráfico
que relacionaa altura de queda com a vazão volumétrica de fluido, considerando-
se as linhas oblíquas de potência desenvolvidas para cada modelo de turbina
hidráulica:
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Selecionada:
Resposta
Correta:
Comentário
da
resposta:
Figura – Gráfico da queda bruta H versus a vazão volumétrica Q de fluido, usado
para seleção de turbinas hidráulicas.
Fonte: Henn (2006, p. 32).
#PraCegoVer : a figura apresenta um gráfico que relaciona a altura de queda com
a vazão volumétrica de fluido, levando-se em consideração as linhas oblíquas de
potência desenvolvidas para cada modelo de turbina hidráulica. O eixo vertical
mostra várias alturas em metros e apresenta, em ordem crescente, de baixo para
cima, os seguintes valores: 1, 3, 10, 60, 200, 700 e 1.800. O eixo horizontal
representa a vazão em metros cúbicos por segundo, com os seguintes valores, em
ordem crescente, da esquerda para a direita: 0,01, 0,1, 1, 10, 100 e 1.000. Há,
também, seis retas pontilhadas, com inclinação negativa, indicando a potência. Da
esquerda para a direita, em ordem crescente, os valores indicados em cada uma
dessas retas são os seguintes: 10 kW, 100 kW, 1.000 kW, 10.000 kW, 100.000 kW
e 1.000.000 kW. Por último, foram delimitadas áreas de operação para cada
turbina. Na região superior da figura, em amarelo, estão as turbinas Pelton e, mais
abaixo, levemente à direita, estão as turbinas Francis, na área colorida com verde-
claro. Embaixo, na região colorida com verde-escuro, encontram-se as turbinas
Dériaz e, imediatamente abaixo destas e levemente à esquerda, atravessando as
regiões alaranjadas e rosas, estão as turbinas Michell-Banki. Um pouco abaixo e à
direita, na região colorida com azul-claro, estão as turbinas Hélice ou Kaplan.
 
Tendo em vista as principais turbinas hidráulicas, e por meio da análise do gráfico
anterior, assinale a alternativa correta:
Para uma altura de queda-d’água de 700 m e vazão volumétrica de 1 m³/s, a
turbina hidráulica mais indicada é a Pelton.
Para uma altura de queda-d’água de 700 m e vazão volumétrica de 1 m³/s, a
turbina hidráulica mais indicada é a Pelton.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois, com base no gráfico mostrado, é
possível observar que, para uma altura de queda-d’água de 700 m e vazão
volumétrica de 1 m³/s, a turbina hidráulica mais indicada é, de fato, a Pelton (região
em amarelo).
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Pergunta 6
O projeto mais eficiente de uma turbina de impulso foi desenvolvido pelo
engenheiro Pelton, em 1878, e, de maneira geral, consistiu em um bocal que
convergia fluido em alta velocidade, ou seja, alta energia cinética sobre as pás que
estavam acopladas a uma roda. A figura a seguir mostra que as pás foram
projetadas para dividir o fluxo em duas metades, de modo que a máxima
quantidade de movimento pudesse ser transferida:
 
 
 
Figura – Vista lateral da turbina hidráulica de Pelton (a) e vista lateral da Pá sendo
atingida por um jato de fluido.
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 689).
#PraCegoVer : na parte inferior da figura, observa-se a vista lateral de um bocal,
com um jato de fluido horizontal saindo da esquerda para a direita e colidindo
contra uma pá. No centro da pá, há um divisor de fluxo. Na parte superior da figura,
observa-se a vista lateral de outro bocal, com um jato de fluido horizontal saindo da
esquerda para a direita e colidindo contra uma pá, a qual está acoplada a uma
roda chamada “roda de Pelton”. No centro da roda, há um círculo que representa o
eixo de rotação da roda. Contornando o eixo no sentido anti-horário, há uma seta
curva, que mostra o sentido de rotação. A distância entre o centro do eixo e o
centro das pás é denominada “raio”.
 
Com base nas informações apresentadas e nos seus conhecimentos sobre o
cálculo de potência em uma turbina Pelton, analise as asserções a seguir e a
relação proposta entre elas:
 
I. Ao derivar a equação em relação à
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Resposta
Selecionada:
Resposta Correta:
Comentário
da
resposta:
velocidade linear da pá, ou seja, , temos que a potência máxima será atingida
quando a velocidade linear da pá for igual à metade da velocidade do jato. Essa
potência é chamada de potência teórica máxima.
POIS 
II. A equação não inclui perdas devido ao
atrito, à falta de alinhamento entre as pás e ao fluxo de fluido, dentre outros fatores
que afetam a eficiência de uma turbina real.
Agora, assinale a alternativa correta:
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa
correta da I.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa
correta da I.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a asserção I, de fato, é
verdadeira. Analisando a equação de potência para a turbina hidráulica e realizando
sua derivação em relação à velocidade linear da pá, temos que a potência máxima
é atingida para . Além disso, realmente, a asserção II também é verdadeira e
justifica corretamente a I, pois a expressão citada não leva em consideração as
perdas devido ao atrito, à falta de alinhamento entre as pás e ao fluxo de fluido,
dentre outros fatores que afetam a eficiência de uma turbina real.
Pergunta 7
Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
As relações de semelhança são muito úteis para fazer previsões operacionais
entre turbinas geometricamente semelhantes. As expressões a seguir mostram as
relações envolvendo as grandezas: diâmetro do rotor, altura de queda-d’água
(carga líquida) e vazão volumétrica da turbina hidráulica, do protótipo e do rotor.
 
 
Um protótipo de uma turbina Francis é projetado para operar com carga líquida de
200 m e vazão de 10 m³/s em uma hidrelétrica, a partir de um modelo com
diâmetro de 160 mm.
No ponto de eficiência máxima, o modelo vai operar com Q M = 8 m³/s e H M =
100 m. O modelo e o protótipo terão a mesma rotação.
 
Diante do exposto, assinale a alternativa correta sobre a vazão do protótipo:
22,6 m³/s.
22,6 m³/s.
Resposta correta. A alternativa está correta. De fato, aplicando-se a equação 
 , é possível encontrar o diâmetro do protótipo: 
= 226,3 mm. Em seguida, utiliza-se o diâmetro do protótipo
para encontrar a vazão do protótipo: = 22,6 m³/s.
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Pergunta 8
Resposta
Selecionada:
Resposta
Correta:
As turbinas de reação apresentam subclassificações com base no ângulo pelo
qual o fluido entra em direção ao rotor. Na turbina Francis radial, o fluido entra no
rotor radialmente. Quando o fluido escoa em direção ao rotor com um ângulo entre
o radial e o axial, a turbina Francis é classificada como de escoamento misto,
sendo o modelo mais utilizado. Caso o rotor não tenha cobertura e seja, ao mesmo
tempo, de fluxo misto, a denominação recebida será turbina de propulsor misto.
Por último, caso o fluido entre no rotor de maneira axial, o nome recebido será
turbina de propulsor axial. Todos os tipos apresentados estão ilustrados a seguir:
Figura -(a) escoamento em turbina Francis radial; (b) escoamento em turbina
Francis mista; (c) escoamento em turbina de propulsor misto; e (d) escoamento em
turbina de propulsor axial.
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 692).
#PraCegoVer : a figura apresenta, esquematicamente,as seguintes imagens: (a)
escoamento em turbina Francis radial; (b) escoamento em turbina Francis mista;
(c) escoamento em turbina de propulsor misto; e (d) escoamento em turbina de
propulsor axial. Na região superior esquerda (a), são identificados os seguintes
elementos: coroa, aleta ajustável, aleta fixa e cobertura. Na região superior direita
(b), são mostradas a coroa e a cobertura. Na região inferior esquerda (c), tem-se o
desenho de outro rotor, com o nome “cubo” indicado. Por fim, na região inferior
direita, encontra-se uma turbina de propulsor axial, com o nome “coroa” escrito. As
regiões estão coloridas de cinza, com setas em vermelho encontrando-se pelas
laterais e saída na região inferior, com objetivo de identificar o sentido do fluxo do
fluido dentro do rotor.
Com base nas informações apresentadas, assinale a alternativa correta:
A imagem (a) mostra que, na turbina Francis radial, o fluido entra no rotor
radialmente, percorre o interior e sai paralelamente em relação ao eixo.
A imagem (a) mostra que, na turbina Francis radial, o fluido entra no rotor
radialmente, percorre o interior e sai paralelamente em relação ao eixo.
1 em 1 pontos
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Comentário
da
resposta:
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a imagem (a) mostra que, na
turbina Francis radial, de fato, o fluido entra no rotor radialmente. Além disso, pode-
se observar que este mesmo fluido saí do rotor na direção axial, ou seja, na mesma
direção do eixo. 
Como as subclassificações para as turbinas de reação têm como base o ângulo
pelo qual o fluido entra em direção ao rotor, então, o subtipo de turbina Francis que
possuir este rotor será classificado como turbina Francis radial.
Pergunta 9
A velocidade específica é definida como a relação entre o coeficiente de potência
e o coeficiente de carga, como mostra a seguinte equação:
 
A figura a seguir mostra a eficiência máxima como função da velocidade
específica para os três tipos principais de turbina:
 
Figura – Gráfico de rendimento das principais turbinas hidráulicas versus
velocidade específica
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 704).
#PraCegoVer : a figura apresenta um gráfico que relaciona a eficiência máxima
como função da velocidade específica para os três tipos principais de turbina. À
esquerda, encontra-se o eixo vertical dos rendimentos, em ordem crescente, de
baixo para cima, com os seguintes valores: 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 e 1. Na região
inferior, encontra-se o eixo horizontal, com as potências em ordem crescente, da
esquerda para a direita, e os seguintes valores: 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2,
5 e 10. Na região central do gráfico, da esquerda para a direita, são expostos os
seguintes tipos de turbina: impulso, Francis e Kaplan.
Com base nos seus conhecimentos sobre o assunto, na expressão matemática de
velocidade específica e na análise da figura apresentada, leia as afirmativas a
seguir e assinale V para Verdadeiro e
F para Falso:
 
I. ( ) Duas turbinas hidráulicas mecanicamente semelhantes possuem os mesmos
valores de velocidade específica.
II. ( ) As turbinas do tipo Kaplan operam com maiores velocidades específicas,
quando comparadas às turbinas Francis e de impulso.
1 em 1 pontos
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Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
da
resposta:
III. ( ) A mudança na massa específica do fluido não alterna o cálculo de velocidade
específica da turbina hidráulica.
IV. ( ) As turbinas de impulso operam com menores velocidades específicas,
quando comparadas às turbinas Francis e Kaplan.
 
Agora, marque a alternativa que apresenta a sequência correta:
V, V, F, V.
V, V, F, V.
Resposta correta. A sequência está correta. De fato, quando duas turbinas
hidráulicas são mecanicamente semelhantes, elas terão os mesmos valores de
velocidade específica. Analisando-se a imagem, é possível notar que a turbina do
tipo Kaplan se encontra localizada na região com maiores valores de velocidade
específica. Já a turbina de impulso está localizada na faixa de velocidades
específicas menores.
Pergunta 10
Resposta
Selecionada:
Resposta
Correta:
A figura a seguir mostra um rotor de cinco pás de uma turbina Kaplan utilizada na
hidrelétrica de Warwick, em Cordele, GA. O rotor tem um diâmetro de 12,7 pés
(3,87 m). A turbina gira a 100 rpm (10,46 rad/s) e produz 5,37 MW de potência,
com uma vazão de 63,7 m³/s e carga líquida de 9,75 m.
Figura – Foto de um rotor com cinco pás de uma turbina Kaplan
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 694).
#PraCegoVer : a figura apresenta uma fotografia em preto e branco de um rotor
com cinco pás e um diâmetro de 12,7 pés (3,87 m) de uma turbina Kaplan utilizada
na hidrelétrica de Warwick, em Cordele, GA. À direita da fotografia, temos um
homem trabalhando.
 
Sobre a turbina Kaplan descrita no enunciado, assinale a alternativa correta:
Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina Kaplan
terá uma velocidade específica igual a, aproximadamente, 2,5.
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da
resposta:
Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina
Kaplan terá uma velocidade específica igual a, aproximadamente, 2,5.
Resposta correta. A alternativa está correta. De fato, ao substituir os dados
fornecidos pelo enunciado da questão na equação de velocidade específica,
, temos o seguinte: 
 
= . Assim, a velocidade
específica para a turbina será de, aproximadamente, .