MAQUINAS HIDRÁULICAS PROVA N2

Prévia do material em texto

Pergunta 1
Resposta
Selecionada:
 
Resposta 
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 relaciona a altura de queda com a
vazão volumétrica de fluido, considerando-se as linhas oblíquas de potência desenvolvidas
para cada modelo de turbina hidráulica:
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.
1 em 1 pontos
Correta:
Comentário
da resposta:
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).
Pergunta 2
São obtidas três curvas características para uma bomba axial, por meio de ensaios em
bancadas hidráulicas. A curva (a) mostra o aspecto geral da curva, altura manométrica
versus vazão, para as bombas axiais. A curva (b) ilustra o traçado da curva, que representa
a variação do rendimento de uma bomba axial com sua vazão, e a curva (c) indica o
comportamento da potência desenvolvida por uma bomba axial para variadas vazões.
Vejamos a figura na sequência.
 
Fonte: Adaptada de Baptista e Lara (2010).
#PraCegoVer : a figura ilustra os aspectos gerais de três curvas características das
bombas axiais. Na parte superior, a primeira é a figura (a), que mostra o aspecto geral da
curva, altura manométrica, no eixo vertical, versus vazão, no eixo horizontal, para as
bombas axial. A curva apresenta uma inclinação acentuada e negativa, indicando que a
grandeza altura manométrica reduzirá rapidamente, à medida que caminhamos para a
direita do eixo horizontal, ou seja, para maiores valores de vazão. Logo abaixo, a figura (b)
ilustra o traçado da curva que representa a variação do rendimento de uma bomba axial
com sua vazão. A curva possui um formato parecido ao de uma parábola, que nasce na
origem dos eixos, cresce até a região central da figura e, em seguida, apresenta uma
queda com menor inclinação em relação à zona de crescimento. Mais abaixo, a última e
terceira, a figura (c) indica o comportamento da potência desenvolvida por uma bomba
axial em função da vazão. A figura consiste em uma reta, ou seja, equação do primeiro
com coeficiente angular negativa e que decresce, rapidamente, para a direita, indicando
que a potência e a vazão são grandezas inversamente proporcionais.
 
Sobre o comportamento das curvas características das bombas axiais nos trechos
mostrados na figura, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) Verdadeira(s)
e F para a(s) Falsa(s). 
 
I. ( ) As três curvas características mostradas na figura foram obtidas por meio da variação
da vazão volumétrica de fluido bombeado por uma bomba axial.
II. ( ) A potência e a vazão são grandezas inversamente proporcionais no trecho mostrado
na curva (c).
1 em 1 pontos
Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
III. ( ) No trecho da curva característica mostrado em (a), altura manométrica e vazão são
grandezas diretamente proporcionais.
IV. ( ) A curva característica mostrada em (b) indica que existem valores de vazão para os
quais o rendimento da bomba será otimizado.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
V, V, F, V.
V, V, F, V.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois, por meio da observação das três curvas,
nota-se que o eixo horizontal de todas elas representa a vazão e a sua variação é o que
possibilitou a obtenção dos vários pontos que deram origem para as curvas. Como ilustrado na
curva (c), a potência e a vazão são inversamente proporcionais. Entretanto, como pode ser
notado na figura (a), a altura manométrica e a vazão são grandezas inversamente
proporcionais, pois o aumento de uma gera a queda na outra. Por fim, a região superior da
curva rendimento versus vazão indica que existem valores ótimos para a vazão volumétrica da
bomba.
Pergunta 3
A cavitação é um fenômeno em que cavidades de vapor surgem no interior do fluido que
percorre o sistema hidráulico. Ele ocorre quando a pressão absoluta da linha sofre uma
queda, mantendo-se, geralmente, em temperatura constante. Se a pressão absoluta que
atua sobre o líquido ficar abaixo de sua P v
(pressão de vapor), em qualquer região da instalação, haverá a formação dessas
pequenas bolhas. Observe a figura a seguir:
 
Figura – Variação da pressão em função da posição do fluido dentro da bomba
Fonte: Delpreti / Wikimedia Commons.
 
#PraCegoVer : a figura mostra um gráfico com as pressões atuantes no fluido versus a
posição dentro do sistema hidráulico. O eixo vertical representa a pressão e possui,
respectivamente, de cima para baixo, as letras Pd, Ps e Pv, e o eixo horizontal indica a
posição. Da esquerda para a direita, há, respectivamente, os seguintes nomes: sucção,
centro do rotor, descarga e posição. A curva ilustrada tem início no eixo vertical, sobre o
ponto Ps, deslocando-se horizontalmente para a direita. A curva tem uma queda repentina,
seguindo uma trajetória parabólica, com o vértice inferior alinhado ao centro do rotor. Mais
à direita, a curva volta a subir drasticamente até retornar ao patamar da reta horizontal. Há,
também, uma linha pontilhada horizontal partindo do ponto Pv, no eixo vertical, cortando a
1 em 1 pontos
Resposta
Selecionada:
 
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
curva na região parabólica e delimitando uma área denominada “formação de bolhas de
vapor”.
 
 
Com base nas informações e na figura apresentadas, sobre a cavitação, analise as
asserções a seguir e a relação proposta entre elas:
I. No início do processo de cavitação, as bolhas que surgem com a vaporização têm
pressão interna superior em relação ao meio externo. Por esse motivo, tendem a entrar em
uma fase de expansão, atrapalhando parcialmente o movimento do fluido.
POIS
II. Essas bolhas de vapor passam intactas pelo rotor da bomba, não causando maiores
problemas para a bomba e a instalação hidráulica.
Agora, assinale a alternativa correta:
Aasserção I é uma proposição verdadeira, e a asserção II é uma proposição falsa.
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a asserção II é uma proposição
falsa.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a asserção I, de fato, é verdadeira. Quando a
pressão na região de sucção é menor que a pressão de vapor do fluido, inicia-se o processo de
cavitação, assim, as bolhas que surgem durante a vaporização têm pressão interna superior em
relação ao meio externo. As bolhas tendem a entrar em fase de expansão, atrapalhando
parcialmente o movimento do fluido. Por sua vez, a asserção II, realmente, é falsa. Se as
bolhas de vapor chegarem às regiões, dentro da bomba, em que a pressão seja superior,
haverá implosão, isto é, uma onda de pressão vai se propagar e colidir contra a estrutura
interna, causando danos.
Pergunta 4
Resposta Selecionada: 
A análise dimensional, juntamente com as relações de semelhança, pode ser utilizada para
escalar duas turbinas geometricamente semelhantes e, também, para antever o
desempenho de determinada turbina operando em condições de carga manométrica,
vazões e velocidades diferentes.
 
A respeito da análise dimensional e da semelhança mecânica aplicada às turbinas
hidráulicas, analise as afirmativas a seguir e assinale V para Verdadeiro e F para Falso:
 
I. ( ) O parâmetro adimensional coeficiente de carga é dado por .
 
II. ( ) O parâmetro adimensional coeficiente de capacidade é dado por .
 
 
II. ( ) A expressão utilizada para fazer correção do rendimento entre protótipo e modelo é 
 
 
 
IV. ( ) O parâmetro adimensional coeficiente de potência é dado por .
 
 
Agora, marque a alternativa que apresenta a sequência correta:
V, V, F, V.
1 em 1 pontos
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
V, V, F, V.
Resposta correta. A sequência está correta, pois o parâmetro adimensional coeficiente de carga
é, de fato, dado por e representa a relação entre carga líquida e rotação de uma
turbina. Já o coeficiente de capacidade de carga e o coeficiente de potência, são,
respectivamente, e . Esses parâmetros adimensionais dão origem a
importantes relações matemáticas de semelhança mecânica, além de permitirem, até mesmo, a
dedução da expressão de velocidade específica de uma turbina.
Pergunta 5
Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
Em uma represa hidrelétrica que faz uso de uma turbina de reação Francis para produção
de energia elétrica, a carga bruta H bruta é de 200 m, e a vazão volumétrica de água na
turbina é de 100 m³/s. Considere, ainda, a massa específica da água sendo igual a 1.050
kg/m³ e g = 9.8 m/s².
Agora, assinale a alternativa correta sobre a potência ideal gerada no eixo na saída da
turbina:
205,8 MW.
205,8 MW.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a expressão matemática para calcular a
potência ideal gerada pela turbina é a seguinte: 
Onde:
 W = potência de eixo na saída da turbina em (w).
 = massa específica do fluido em (kg/m³).
 
= vazão em (m³/s).
 
 = altura ou carga bruta total em (m).
 
Substituindo os dados fornecidos pelo enunciado da questão na equação, temos:
 W = 1.050 x 9,8 x 100 x 200 = 205,8 MW
Pergunta 6
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.
1 em 1 pontos
1 em 1 pontos
Resposta
Selecionada:
 
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 7
O dimensionamento e a seleção da bomba dependem da determinação de detalhes
construtivos. Alguns dos parâmetros técnicos são: o tipo de rotor, o tipo de selagem do
eixo, o tipo de acoplamento, a quantidade de estágios, dentre outros.
Sobre os parâmetros técnicos construtivos inerentes às bombas hidráulicas, analise as
afirmativas a seguir e assinale V para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s). 
 
I. ( ) A altura manométrica ajudará a definir se uma bomba de simples estágio irá ser
adequada ou se haverá necessidade de uma com múltiplos estágios.
II. ( ) Em serviços médios ou pesados, recomendam-se os anéis de desgaste para
0 em 1 pontos
Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
proteção da voluta e as luvas de eixo para proteção do eixo na região próxima à selagem.
III. ( ) Para os casos em que a bomba irá trabalhar com fluidos inflamáveis, contaminantes
ou de maior custo, a opção recomendada para a selagem é a feita por gaxetas para se
evitar o contato com o meio externo.
IV. ( ) Em sistemas com rotor revestido ou fabricado com materiais especiais, pode-se
verificar o uso de polia e correia; entretanto, é mais comum o acoplamento direto, por ser
mais eficiente.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
F, V, F, F.
V, V, F, V.
Sua resposta está incorreta. A alternativa está incorreta, pois, em projetos de baixo custo, em
que o fluido bombeado é a água, a selagem pode ser feita por gaxetas, já que, além de um
menor custo, estas podem ser lubrificadas pelo próprio fluido. Para os casos em que há fluidos
inflamáveis, contaminantes ou de maior custo, a opção recomendada é a selagem do tipo selo
mecânico, a fim de se evitar o contato com o meio externo.
Pergunta 8
Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
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 9
Ao utilizar
os parâmetros vazão, queda útil e rotação, é possível ter uma boa orientação quanto à
seleção de uma turbina hidráulica. Entretanto, para compreender de forma mais ampla a
1 em 1 pontos
1 em 1 pontos
Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
faixa de operação de uma turbina, é importante ter em vista as suas curvas características,
que são obtidas experimentalmente. A figura a seguir mostra o traçado de três curvas
características típicas de uma turbinaPelton: (a) potência x rotação; (b) rendimento x
rotação; e (c) vazão x rotação.
 
Figura – Traçado das principais curvas características de uma turbina Pelton.
Fonte: Elaborada pelo autor.
#PraCegoVer : a figura mostra o traçado de três curvas características típicas de uma
turbina Pelton. A primeira, mais à esquerda (a), relaciona a potência da turbina, em seu
eixo vertical, com a rotação, em seu eixo horizontal. O gráfico é, aproximadamente,
parabólico, com concavidade voltada para baixo, partindo da origem dos eixos, alcançando
um máximo e decaindo até interceptar o eixo das rotações. A segunda curva, localizada na
região central, mais à direita (b), relaciona o rendimento da turbina, em seu eixo vertical,
com a rotação, em seu eixo horizontal. O gráfico é, aproximadamente, parabólico, com
concavidade voltada para baixo, partindo da origem dos eixos, alcançando um máximo e
decaindo até interceptar o eixo das rotações. Por fim, a terceira curva, mais à direita (c),
mostra a vazão no eixo vertical e a rotação no eixo horizontal. O gráfico é uma reta
horizontal que corta o eixo das vazões em um ponto central.
Com relação às curvas características mais comuns das turbinas hidráulicas, analise as
afirmativas a seguir e assinale V
para Verdadeiro e F para Falso:
 
I. ( ) É comum que as curvas características de uma turbina hidráulica sejam geradas
experimentalmente, por meio de modelos de menor porte.
II. ( ) A curva (a) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores
ótimos de potência, na região próxima ao vértice da parábola.
III. ( ) A curva (c) da figura mostra que a vazão volumétrica de fluido aumenta conforme
cresce a rotação da turbina.
IV. ( ) A curva (b) da figura indica que existe uma faixa de rotação que fornecerá valores
ótimos de rendimento, na região próxima ao vértice da parábola.
 
Agora, marque a alternativa que apresenta a sequência correta:
V, V, F, V.
V, V, F, V.
Resposta correta. A sequência está correta, pois, usualmente, as curvas características de uma
turbina hidráulica são geradas experimentalmente, por meio de modelos de menor porte, tendo
em vista a dificuldade em realizar simulações com protótipos de tamanho real. As curvas (a) e
(b) indicam que existe uma faixa de rotação, em que é possível observar potências e
rendimentos máximos, na região próxima ao vértice de cada parábola.
Pergunta 10
Um dos critérios mais considerados para a seleção de bombas faz uso do ábaco que
relaciona potência com vazão de fluido bombeado. Essa análise permite encontrar o
diâmetro de rotor adequado e, em seguida, o modelo de bomba mais adequado. Deve-se,
portanto, escolher o modelo mais compatível do fabricante. Um exemplo de “ábaco de
1 em 1 pontos
Resposta Selecionada: 
Resposta Correta: 
Comentário
da resposta:
cobertura” potência versus vazão, do fabricante KSB, está representado na figura
evidenciada na sequência.
 
Fonte: Silva (2003, p. 19).
#PraCegoVer : a figura representa um ábaco de cobertura do fabricante de bombas KSB.
O eixo vertical representa a potência P em cv e possui 7 valores em ordem crescente, de
baixo para cima. Esses valores são, respectivamente: 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7. O eixo horizontal
representa a vazão e possui 8 valores crescentes, da esquerda para a direita. Esses
valores são, respectivamente: 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 e 35 metros cúbicos por hora.
Existem, também, 5 curvas que representam 5 diâmetros diferentes. Essas curvas
apresentam leve crescimento indo para a direita. De baixo para cima, essas curvas
representam os seguintes diâmetros: 208mm, 221mm, 234mm, 247mm e 260mm.
 
Considerando o ábaco de cobertura KSB para a seleção do diâmetro do rotor, analise as
afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
 
I. ( ) Para a potência de 2,5 cv e vazão de 22 m³/h, o diâmetro de rotor mais adequado
para a bomba seria de 208 mm.
II. ( ) Para a potência de 5 cv e vazão de 26 m³/h, o diâmetro de rotor mais adequado para
a bomba seria de 260 mm.
III. ( ) Para a potência de 5 cv e vazão de 30 m³/h, o diâmetro de rotor mais adequado
para a bomba seria de 234 mm.
IV. ( ) Para a potência de 2,5 cv e vazão de 10 m³/h, o diâmetro de rotor mais adequado
para a bomba seria de 234 mm.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
V, V, F, V.
V, V, F, V.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois, para a potência de 2,5 cv e vazão de 22 m³/h,
o diâmetro de rotor mais adequado para a bomba seria o de 208 mm. Já para o rotor de
260mm, a potência de 5 cv e a vazão de 26 m³/h se encontram dentro da faixa aceitável. Por
último, para a potência de 2,5 cv e vazão de 10 m³/h, o diâmetro de rotor de 234 mm se mostra
adequado.