Atividade 4 Maquinas Hidraulicas

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02/12/2023, 17:06 Atividade 4 (A4): Revisão da tentativa
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Iniciado em sábado, 2 dez 2023, 16:10
Estado Finalizada
Concluída em sábado, 2 dez 2023, 17:02
Tempo
empregado
52 minutos 30 segundos
Avaliar 10,00 de um máximo de 10,00(100%)
Questão 1
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
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:
a. 86,2.
b. 0,00086.
c. 0,0086.
d. 862.000.
e. 0,86. 
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Questão 2
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
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 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 turbina Pelton: (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:
a. F, V, F, F.
b. V, V, F, V. 
c. V, F, V, V.
d. V, V, F, F.
e. F, V, F, V.
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Questão 3
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
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:
a. Para uma altura de queda-d'água de 200 m e vazão volumétrica de 10 m³/s, a turbina hidráulica mais indicada é a Pelton.
b. Para uma altura de queda-d'água de 10 m e vazão volumétrica de 100 m³/s, a turbina hidráulica mais indicada é a Dériaz.
c. Para uma altura de queda-d'água de 60 m e vazão volumétrica de 10 m³/s, a turbina hidráulica mais indicada é a Francis.
d. 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. 
e. Para uma altura de queda-d'água de 3 m e vazão volumétrica de 1 m³/s, a turbina hidráulica mais indicada é a Pelton.
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Questão 4
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
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.
 
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:
a. F, V, F, V.
b. F, V, F, F.
c. V, V, F, V. 
d. V, F, V, V.
e. V, V, F, F.
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Questão 5
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
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:
a. As turbinas Kaplan são inadequadas para quaisquer usinas hidrelétricas por não suportarem grandes vazões volumétricas de
�uido.
b. Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina Kaplan terá uma velocidade especí�ca igual a,
aproximadamente, 2,5.

c. Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina Kaplan terá uma velocidade especí�ca igual a,
aproximadamente, 2.500.000.
d. As turbinas Kaplan de grande porte operam com uma rotação máxima de 80 rpm, sendo sua potência máxima de operação
em torno de 500 kW.
e. As turbinas Kaplan são projetadas para operar somente em baixas vazões e grandes quedas-d'água.
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Questão 6
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
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. A imagem (b) representa um rotor sem cobertura e de �uxo misto, ou seja, uma turbina de propulsor misto.
b. Na imagem (c), observa-se que o �uido entra no rotor de maneira perfeitamente axial, então, o nome recebido será "turbina
de propulsor axial".
c. A imagem (a) mostra que, na turbina Francis radial, o �uido entra no rotor radialmente, percorre o interior e sai
paralelamente em relação ao eixo.

d. Na imagem (a), nota-se que o �uido entra no rotor, sem cobertura, de maneira axial, então, o nome recebido será "turbina de
propulsor axial".
e. A imagem (d) representa um rotor com cobertura e de �uxo misto, ou seja, tem-se uma turbina de propulsor misto.
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Questão 7
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Questão 8
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Em uma represa hidrelétrica que faz uso de uma turbina de reação Francis para produção de energia elétrica, a carga bruta H 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 1.050kg/m³ e g =
9.8 m/s².
Agora, assinale a alternativa correta sobre a potência ideal gerada no eixo na saída da turbina:
a. 205,8 kW.
b. 205,8 MW. 
c. 205,8 W.
d. 20,6 MW.
e. 205.800 MW.
bruta
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.
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:
a. As turbinas do tipo Francis possuem baixo rendimento, geralmente, menor que 70%, por apresentarem poucas pás acopladas
ao rotor.
b. Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina Francis terá uma velocidade especí�ca igual a,
aproximadamente, 109.000.
c. As turbinas do tipo Francis são projetadas para operar somente em baixas vazões e pequenas quedas-d'água.
d. As turbinas do tipo Francis são inadequadas para quaisquer usinas hidrelétricas por não suportarem médias e grandes cargas
brutas.
e. Nas condições de operação descritas no enunciado da questão, a turbina Francis terá uma velocidade especí�ca igual a,
aproximadamente, 1,09.

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Questão 9
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
Questão 10
Correto
Atingiu 1,00 de 1,00
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:
a. F, V, V, F.
b. V, F, V, F.
c. F, F, V, F.
d. F, F, V, V.
e. V, V, F, V. 
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 = 8 m³/s e H = 100 m. O modelo e o protótipo terão a mesma rotação.
 
Diante do exposto, assinale a alternativa correta sobre a vazão do protótipo:
a. 226,3 m³/s.
b. 16,4 m³/s.
c. 22,6 m³/s. 
d. 19,6 m³/s.
e. 17,2 m³/s.
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