(Geankoplis, 2003) Uma mistura de hidrocarboneto a 70^circ C 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 46,8 lbm / f t^3 e sua pressão de vapor é 8,45 psia. A velocidade na sucção da bomba é 3 ft / s 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:
NPSHa = (Patm - Pvapor) times Prho g + V^22g - hperda
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):
    200 , gpm times 0,00378541 , m^3gpm = 0,757 , m^3/min
  • Densidade ( 46,8 , lbm/ft^3 times 16,0185 , kglbm times (10,3048)^3 = 752,3 , kg/m^3 ):
    1 , atm = 101325 , Pa
  • Pressão atmosférica ( 8,45 , psia times 6894,76 , Papsia = 58201 , Pa ):
    3 , ft/s times 0,3048 , mft = 0,9144 , m/s
  • 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:
    (Patm - Pvapor) times 1rho g
    = (101325 - 58201) , Pa times 1752,3 times 9,81 , m^3kg cdot s^2
    = 43224 , Pa times 17374,3 , m
    approx 5,86 , m
  2. Termo de velocidade:
    V^22g = (0,9144)^22 times 9,81 approx 0,0426 , m
  3. Subtraindo as perdas de carga:
    hperda = 3,5 , m

Passo 5

Agora, somando os termos calculados para obter o NPSHa:
NPSHa = 5,86 , m + 0,0426 , m - 3,5 , m = 2,4026 , m

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.

Exercícios relacionados