(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.
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.
-
Termo de pressão estática:
-
Termo de velocidade:
-
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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a. Coeficiente local de transferência de calor por convecção;
b. Coeficiente médio de transferência de calor por convecção;
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I) a vazão,
II) o diâmetro da tubulação,
III) a pressão da água ( ) na saída da bomba,
IV) a perda de carga contínua entre o nível do reservatório inferior e a saída da bomba.
I) a vazão,
II) o diâmetro da tubulação,
III) a pressão da água (
IV) a perda de carga contínua entre o nível do reservatório inferior e a saída da bomba.