(Geankoplis, 2003) Uma mistura de hidrocarboneto a é bombeada a uma taxa de 200 gpm de um tanque com pressão absoluta de 1 atm, até uma torre de destilação. A densidade da alimentação é e sua pressão de vapor é . A velocidade na sucção da bomba é e a perda de carga entre o tanque e a bomba é de 3,5 m . O NPSHr requerido é 6 ft .
a) Quantos metros abaixo do nível do tanque deve estar a bomba para obter o NPSH requerido.
b) Se a mistura estiver no ponto de ebulição, calcule a posição da bomba.

Passo 1

Então, vamos lá! Temos um exercício que envolve o funcionamento de uma bomba em uma mistura de hidrocarbonetos. O conteúdo principal aqui é sobre NPSH (Net Positive Suction Head), que é essencial para garantir que a bomba opere sem cavitação. Para resolver esta questão, vamos precisar entender como calcular o NPSH disponível e compará-lo com o NPSHr requerido. Vamos dividir a resolução em partes para facilitar!

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é NPSH. O NPSH disponível (NPSHa) é a quantidade de pressão disponível no lado de sucção da bomba para evitar a formação de cavitação. A cavitação ocorre quando a pressão do vapor do líquido cai abaixo da pressão local, formando bolhas que podem danificar a bomba.
A fórmula para calcular o NPSHa é:
Onde:
  • é a pressão atmosférica.
  • é a pressão de vapor da mistura.
  • é a densidade da alimentação.
  • é a velocidade na sucção da bomba.
  • é a aceleração da gravidade.
  • são as perdas de carga entre o tanque e a bomba.
Vamos calcular cada um desses termos passo a passo.

Passo 3

Primeiro, vamos converter todas as unidades para o sistema internacional (SI) para facilitar os cálculos.
  • Taxa de fluxo (200 gpm):
  • Densidade ( ):
  • Pressão atmosférica ( ):
  • Pressão de vapor ( ):
  • Velocidade na sucção ( ):
  • Perda de carga ( ).

Passo 4

Agora, vamos calcular cada termo da fórmula do NPSHa.
  1. Termo de pressão estática:
  2. Termo de velocidade:
  3. Subtraindo as perdas de carga:

Passo 5

Agora, somando os termos calculados para obter o NPSHa:

Passo 6

Na segunda parte, precisamos calcular a posição da bomba quando a mistura está no ponto de ebulição. Neste caso, a pressão de vapor aumenta, o que afeta o NPSHa. Vamos ajustar nossa fórmula considerando que a mistura está no ponto de ebulição, então será igual à pressão atmosférica.

Resposta

Quando a mistura está no ponto de ebulição, a bomba deve estar posicionada a 0,14 metros abaixo do nível do tanque para manter o NPSH adequado.

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