Questão
- Ao inspecionarem uma planta petroquímica, foi detectado vazamento na linha de benzeno. Após os reparos, resolveram refazer os cálculos relativos ao desempenho da bomba. Para tanto, constataram que o benzeno estava sendo bombeado a 37,89 ºC (ρ=865 kg/m³, μ=5,50x10⁻⁴ kg/m/s e P^vap=26,2 kPa) por uma tubulação de aço de 100 mm de diâmetro de sucção e 80 mm de diâmetro de descarga, a capacidade de 40 m³/h. Outras informações são apresentadas na Figura 1, onde as pressões são manométricas. Sabendo que a pressão atmosférica era 0,93 atm e o rendimento da bomba de 50%, determine: a) a altura de projeto e a perda de carga; b) a potência consumida pela bomba; c) o NPHS disponível; d) no caso da substituição da bomba atual por uma bomba centrífuga cuja curva característica seja dada pela Figura 2, escolha a configuração (diâmetro do rotor, rendimento e potência) mais adequada para o sistema em questão e verifique se haverá possibilidade de cavitação.
a) Altura de projeto e perda de carga: Para calcular a altura de projeto (H), usamos a equação de Bernoulli e a equação da continuidade. A perda de carga (hf) pode ser calculada usando a equação de Darcy-Weisbach: onde f é o fator de atrito, L é o comprimento da tubulação, v é a velocidade do fluido, g é a aceleração devido à gravidade, e D é o diâmetro da tubulação.
b) Potência consumida pela bomba: A potência consumida (P) é dada por: onde (\rho) é a densidade do fluido, g é a aceleração devido à gravidade, Q é a vazão, H é a altura de projeto, e (\eta) é o rendimento da bomba.
c) NPHS disponível: O NPHS disponível é calculado como: onde (P_{atm}) é a pressão atmosférica, (P_{vap}) é a pressão de vapor do fluido, (\rho) é a densidade do fluido, e v é a velocidade do fluido.
Para a substituição da bomba, é necessário analisar a curva característica fornecida na Figura 2 e escolher a configuração que atenda às necessidades de vazão e altura de projeto, garantindo que o NPHS disponível seja maior que o NPHS requerido para evitar cavitação.
Para resolver a questão, é necessário aplicar conceitos de mecânica dos fluidos e bombas centrífugas. A altura de projeto e a perda de carga são calculadas usando a equação de Bernoulli e a equação de Darcy-Weisbach. A potência consumida pela bomba é determinada pela equação de potência hidráulica, considerando o rendimento da bomba. O NPHS disponível é calculado para verificar a possibilidade de cavitação, comparando-o com o NPHS requerido pela bomba. A escolha da configuração da bomba centrífuga deve ser feita com base na curva característica fornecida, garantindo que a bomba opere eficientemente sem cavitação.