Resolucao_de_exercicios_sobre_Energia_Hi_4

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<p>Resolução de atividades da Plataforma SAP da Unirovuma</p><p>Actividades Sobre Energia Hidráulica</p><p>Parte I: Questões de Reflexão</p><p>1.Como funciona a energia hidráulica?</p><p>O princípio de funcionamento da energia hidráulica baseia-se na integração de um sistema mecânico à</p><p>vazão da água, que é accionado pelo fluxo da água com efeito duma altura, e no tal sistema contem-se</p><p>a turbina que converte a energia cinética da água em energia elétrica por meio dos geradores que</p><p>produzirão a eletricidade.</p><p>2. Quais são os tipos de energia limpa?</p><p>Os tipos de energia limpa são todas energias que sua geração não criam maiores impactos ao ambiente</p><p>tanto contexto social, tratam-se das energias consideradas renováveis: hidráulica, eólica, biomassa,</p><p>fotovoltaica e algumas outras.</p><p>3.Qual a importância da energia hidráulica?</p><p>Além da instalação estabelecer vias fluviais, construção de vias de comunicação, fomento de</p><p>actividades de lazer e de turismo, permitir uma forma de abastecimento local para regadios</p><p>principalmentea energia hidráulica é utilizada para gerar electricidade baseado na sua capacidade de</p><p>produzir maiores quantidades de energia suficientes para abastecer uma aldeia em mínimo.</p><p>4.O que é energia hidráulica?</p><p>Energia hidráulica é é a energia obtida a partir da energia potencial gravitacional da água corrente e/ou</p><p>quedas de agua, e quando é usada para gerar electricidade passa a ser chamada de energia hidreléctrica.</p><p>5.Qual o impacto ambiental da instalação de uma hidrelétrica?</p><p>Entre os impactos ambientais desta instalação incluem, deslocamento de populações ribeirinhas e o</p><p>alargamento de terra, erosão de solos, os quais consequentemente afetam a vegetação local, além de</p><p>tudo, sua construção exige a formação de grandes reservatórios de água que acabam por provocar</p><p>profundas alterações nos ecossistemas.</p><p>Parte II: Problemas</p><p>1. Calcule a altura de queda e a potência efetiva (mecânica) do aproveitamento hidroelétrico</p><p>esquematizado ao lado, sendo o rendimento total igual a 89% , conhecendo-se os seguintes dados:</p><p>i) Q = 0,4 [m3/s] ,</p><p>ii) diâmetro na tubulação de entrada = 300 [mm]</p><p>iii) largura do tubo de sucção na saída = 500 [mm]</p><p>iv) altura do tubo de sucção na saída = 200 [mm]</p><p>Bárcio Manuel | Energias Renováveis III</p><p>11 de setembro de 2021</p><p>A altura de queda 𝑯 = (𝒑𝟐𝜸 ) ± 𝒂𝟐 + (𝑽𝟐𝟐−𝑽𝟏𝟐)𝟐𝒈 + 𝒁𝟐, tem-se:</p><p>A potência efetiva 𝑷𝒆 = 𝜼𝒕 ∙ 𝝆 ∙ 𝒈 ∙ 𝑸 ∙ 𝑯, será:</p><p>2. Determinar a altura de queda e a potência hidráulica da turbina Francis, conhecendo-se:</p><p>i) vazão: 156 [l/s]</p><p>ii) pressão no manômetro de entrada da máquina: 3,2 [mCA]</p><p>iii) diâmetro da tubulação na entrada: 280 [mm].</p><p>Despreze a velocidade do escoamento na saída da turbina.</p><p>A altura de queda 𝑯 = (𝒑𝟐𝜸 ) ± 𝒂𝟐 + (𝑽𝟐𝟐−𝑽𝟏𝟐)𝟐𝒈 + 𝒁𝟐, tem-se:</p><p>A potência hidráulica da turbina 𝑷𝒉 = 𝝆 ∙ 𝒈 ∙ 𝑸 ∙ 𝑯, será:</p><p>P = 8,132 [W]</p><p>3. Determinar a potência hidráulica de uma turbina de ação (T. Pelton) sendo:</p><p>i) vazão: 150 [l/s],</p><p>ii) pressão no manômetro da entrada: 455 [mCA],</p><p>iii) diâmetro externo do injetor na seção de medida de pressão: 30 [cm],</p><p>Bárcio Manuel | Energias Renováveis III</p><p>11 de setembro de 2021</p><p>iv) diâmetro interno do injetor na seção de medida de pressão: 15 [cm] e</p><p>v) correção de instalação do manômetro: desprezível. 𝑯 = (𝒑𝟐𝜸 ) ± 𝒂𝟐 + 𝑽𝟐𝟐𝟐𝒈 ⇒ 𝑯 = 𝟒𝟓𝟓 + 𝟐,𝟖𝟑𝟐𝟐×𝟗,𝟖 ⇒ 𝑯 = 𝟒𝟓𝟓, 𝟒 [𝒎]</p><p>A potência hidráulica da turbina: 𝑷𝒉 = 𝝆 ∙ 𝒈 ∙ 𝑸 ∙ 𝑯 ⇒ 𝑷𝒉 = 𝟗𝟗𝟖 × 𝟗, 𝟖 × 𝟎, 𝟏𝟓 × 𝟒𝟓𝟓, 𝟒𝟒 𝐏𝐡 = 𝟔𝟔𝟖. 𝟎𝟗𝟗 [𝐖]</p><p>4. Para uma turbina tipo Francis de Itaipu que produz uma potência máxima de 740 [MW] com uma</p><p>vazão máxima de 710 [m3/s] e altura de queda nominal de 118,4 [m], calcule o rendimento total, a</p><p>perda mecânica e a vazão de fuga. (Considere rendimento volumétrico de 99% e rendimento mecânico</p><p>de 98%). 𝑷𝒉 = 𝝆 ∙ 𝒈 ∙ 𝑸 ∙ 𝑯 ⇒ 𝑷𝒉 = 𝟗. 𝟕𝟖𝟎 × 𝟕𝟏𝟎 × 𝟏𝟏𝟖, 𝟒 ⇒ 𝑷𝒉 = 𝟖, 𝟐𝟐 × 𝟏𝟎𝟖 [𝑾]</p><p>O rendimento total: 𝛈𝐭 = 𝐏𝐞𝐟𝐏𝐡 𝛈𝐭 = 𝟕𝟒𝟎𝟖𝟐𝟒 𝛈𝐭 = 𝟖𝟗%</p><p>A perda mecânica: 𝐏𝐢 = 𝛈𝐢𝐏𝐡 𝛈𝐢 = 𝛈𝐭𝛈𝐦 = 𝟎, 𝟖𝟗𝟖𝟎, 𝟗𝟖 = 𝟎, 𝟗𝟏𝟔 = 𝟗𝟏, 𝟔%</p><p>𝐏𝐢 = 𝟎, 𝟗𝟏𝟔 × 𝟖𝟐𝟒 = 𝟕𝟓𝟓 [𝐌𝐖]</p><p>𝐏𝐦 = 𝐏𝐢 − 𝐏𝐞𝐟 ⇒ 𝐏𝐦 = 𝟕𝟓𝟓 − 𝟕𝟒𝟎 𝐏𝐦 = 𝟏𝟓 [𝐌𝐖]</p><p>A Vazão de fuga: 𝜼𝒗 = 𝑸−𝑸𝒇𝑸 ⇒ 𝑸𝒇𝑸 = 𝟏 − 𝜼𝒗 = 𝟏% 𝐐𝐟 = 𝟕, 𝟏 [𝐦𝟑/𝐬]</p><p>5. Calcule a potência de eixo em [CV] da instalação do problema 2.3, sabendo que do gráfico do campo</p><p>básico de funcionamento foi obtido o rendimento total de 85%.</p><p>A potência de eixo: 𝑷𝒆 = 𝜼𝒕𝑷𝒉 𝑷𝒆 = 𝟎, 𝟖𝟓 × 𝟔𝟔𝟖 ⇒ 𝑷𝒆 = 𝟓𝟔𝟕, 𝟖 [𝒌𝑾]</p><p>Em CV: 𝑷𝒆 = 𝟓𝟔𝟕, 𝟖 [𝑾] 𝟏[𝑪𝑽]𝟕𝟑𝟓[𝒘] 𝐏𝐞 = 𝟕𝟕𝟐, 𝟓 [𝐂𝐕]</p><p>6. Uma bomba hidráulica utiliza uma potência efetiva de 26,6 [kW] com uma vazão de 0,06 [m3/s] e</p><p>altura de elevação de 34 [m]. Calcule o rendimento total, a perda mecânica, a vazão de fuga e a potência</p><p>perdida. Considere rendimento volumétrico de 98% e rendimento mecânico de 95%.</p><p>O rendimento total: 𝛈𝐭 = 𝐏𝐡𝐏𝐞</p><p>Bárcio Manuel | Energias Renováveis III</p><p>11 de setembro de 2021</p><p>𝜼𝒕 = 𝝆 ∙ 𝒈 ∙ 𝑸 ∙ 𝑯𝑷𝒆 ⇒ 𝜼𝒕 = 𝟗. 𝟕𝟖𝟎 × 𝟎, 𝟎𝟔 × 𝟑𝟒𝟐𝟔. 𝟔𝟎𝟎 ⇒ 𝜼𝒕 = 𝟎, 𝟕𝟓 𝛈𝐭 = 𝟕𝟓%</p><p>A perda mecânica: 𝐏𝐦 = 𝐏𝐞𝐟(𝟏 − 𝛈𝐦) 𝐏𝐦 = 𝟐𝟔, 𝟔 × (𝟏 − 𝟎, 𝟗𝟓) 𝐏𝐦 = 𝟏, 𝟑𝟑[𝐤𝐖]</p><p>A vazão de fuga: 𝜼𝒗 = 𝑸−𝑸𝒇𝑸 ⇒ 𝑸𝒇 = 𝑸 ( 𝟏𝜼𝒗 − 𝟏) 𝑸𝒇 = 𝑸 × 𝟎, 𝟎𝟐𝟎𝟒 𝐐𝐟 = 𝟏, 𝟐𝟐[𝐥/𝐬]</p><p>A potência perdida:</p><p>𝐏𝐏 = 𝟔, 𝟔𝟓 [𝐤𝐖]</p><p>7. Determinar a potência efetiva do modelo e do protótipo da questão anterior adotando os</p><p>rendimentos totais para o protótipo e para o modelo iguais a 92% e 88% respectivamente.</p><p>O rendimento total: 𝛈𝐭 = 𝐏𝐡𝐏𝐞 𝜼𝒕 = 𝝆 ∙ 𝒈 ∙ 𝑸 ∙ 𝑯𝑷𝒆 ⇒ 𝜼𝒕 = 𝟗. 𝟕𝟖𝟎 × 𝟎, 𝟎𝟔 × 𝟑𝟒𝟐𝟔. 𝟔𝟎𝟎 ⇒ 𝜼𝒕 = 𝟎, 𝟕𝟓 𝛈𝐭 = 𝟕𝟓%</p><p>A perda mecânica: 𝐏𝐦 = 𝐏𝐞𝐟(𝟏 − 𝛈𝐦) 𝐏𝐦 = 𝟐𝟔, 𝟔 × (𝟏 − 𝟎, 𝟖𝟖) 𝐏𝐦 = 𝟑, 𝟏𝟗𝟐[𝐤𝐖]</p><p>A vazão de fuga: 𝜼𝒗 = 𝑸−𝑸𝒇𝑸 ⇒ 𝑸𝒇 = 𝑸 ( 𝟏𝜼𝒗 − 𝟏) 𝑸𝒇 = 𝑸 × 𝟎, 𝟎𝟖𝟔𝟗𝟔 𝐐𝐟 = 𝟓, 𝟐𝟐[𝐥/𝐬]</p><p>A potência perdida:</p><p>𝐏𝐏 = 𝟔, 𝟔𝟓 [𝐤𝐖]</p>