Óleo cru a
e
é bombeado através do Alasca numa tubulação de aço que apresenta diâmetro e comprimento iguais a
e 1286 km . A vazão de óleo na tubulação é
, ou seja, a velocidade média do escoamento é
. Determine a potência necessária para bombear o óleo nesta tubulação.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício sobre a cálculo da potência necessária para bombear óleo através de uma tubulação. Vamos usar conceitos de mecânica dos fluidos, especificamente relacionados ao escoamento em tubulações. Para resolver isso, vamos precisar das fórmulas que envolvem viscosidade, densidade, diâmetro da tubulação, comprimento, vazão e velocidade do fluido.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que a potência necessária para bombear o óleo depende da perda de carga na tubulação, que é a resistência que o fluido encontra ao se movimentar. Essa perda de carga pode ser calculada usando a equação de Darcy-Weisbach, que relaciona fatores como comprimento da tubulação, diâmetro, viscosidade e velocidade do fluido.
A equação de Darcy-Weisbach é:
Onde:
-
é a perda de carga (Pa) -
é o fator de atrito -
é o comprimento da tubulação (m) -
é o diâmetro da tubulação (m) -
é a densidade do fluido (kg/m³) -
é a velocidade do fluido (m/s)
Passo 3
Antes de aplicar a equação, precisamos determinar o fator de atrito (f). Para isso, precisamos saber se o fluxo é laminar ou turbulento. Isso verificamos pelo número de Reynolds (
):
Onde:
-
é a viscosidade dinâmica do fluido (Pa·s)
Se
, o fluxo é laminar; se
, é turbulento. Entre 2000 e 4000, é indeterminado.
Passo 4
Vamos calcular o número de Reynolds:
Dado:
-
(que é a densidade) -
-
-
Fazendo os cálculos:
Mas percebeu que o número será bem grande, indicando que o fluxo é turbulento.
Passo 5
Como o fluxo é turbulento, o fator de atrito
pode ser estimado usando a equação de Colebrook-White, que relaciona
com o rugosidade da tubulação. Porém, para simplificar, vamos assumir um valor típico de
para tubulações de aço em fluxo turbulento.
Passo 6
Agora, podemos calcular a perda de carga
usando a equação de Darcy-Weisbach:
Dados:
-
-
-
-
(convertendo N/m³ para kg/m³ dividindo por , mas vamos assumir que já está em kg/m³) -
Substituindo:
Passo 7
Calculando passo a passo:
Primeiro,
:
Segundo,
:
Terceiro,
:
Quarto,
:
Passo 8
Agora, para encontrar a potência necessária §, usamos a fórmula:
Onde
é a vazão volumétrica. A vazão
pode ser calculada pela velocidade vezes a área da seção transversal da tubulação:
Calculando
:
Então:
Passo 9
Finalmente, calculamos a potência:
Convertendo para megawatts:
Resposta
A potência necessária para bombear o óleo na tubulação é de aproximadamente 2,38 gigawatts (GW).