Questão 4
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Sabe-se que, para resolver o problema de cavitação em uma bomba, deve-se diminuir a perda de carga total na linha de sução da mesma. Desta forma, para fazer com que uma bomba que está cavitando, pare de cavitar, deve-se
Escolha uma opção:
A.
aumentar o comprimento da tubulação na linha de sucção.
B.
diminuir o diâmetro da tubulação na linha de sucção.
c.
diminuir o nível da superfície do fluido no tanque de captação com relação à bomba.
D.
substituir acessórios na linha de sução com coeficientes de resistência altos por acessórios com coeficientes de resistência baixos.
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aumentar o comprimento da tubulação na linha de sucção.
diminuir o diâmetro da tubulação na linha de sucção.
diminuir o nível da superfície do fluido no tanque de captação com relação à bomba.
substituir acessórios na linha de sução com coeficientes de resistência altos por acessórios com coeficientes de resistência baixos.
Passo 1
O enunciado diz que, para resolver cavitação numa bomba, deve-se diminuir a perda de carga total na linha de sucção. Pergunta: qual das alternativas listadas fará com que a bomba pare de cavitar (isto é, qual ação diminui a perda de carga ou aumenta a margem contra cavitação)? Informações relevantes do enunciado: as quatro opções A, B, C e D fornecidas são as únicas escolhas possíveis.
Passo 2
O que é cavitação, em termos práticos? Cavitação ocorre quando a pressão no ponto de sucção da bomba cai até a pressão de vapor do fluido; bolhas de vapor se formam e depois colapsam, causando ruído, vibração e dano às partes da bomba. Para saber se cavitação vai ocorrer usamos a grandeza disponível chamada NPSH disponível, que é a “carga positiva” em relação à pressão de vapor no ponto de sucção. Escrevemos uma forma simples da NPSH disponível:
Expliquei cada termo:
-
: pressão ambiente convertida em metros de coluna de fluido ( é o peso específico, força por volume). -
: diferença de nível entre a superfície livre do tanque de sucção e o eixo da bomba (altura estática disponível). -
: cabeça cinética devido à velocidade do fluido no ponto de cálculo ( é velocidade, gravidade). -
: pressão de vapor do fluido em termos de altura de coluna; é o limite que não devemos atingir. -
: soma das perdas de carga na linha de sucção (atrito nas tubulações + perdas em acessórios).
Para a bomba não cavitar precisamos de
maior que a
exigida pela bomba. Assim, aumentar
ou diminuir
evita cavitação.
Passo 3
Como as perdas na linha de sucção dependem da tubulação e acessórios? Dois pontos-chave:
- Perda por atrito em trecho de comprimento
e diâmetro pode ser estimada pela fórmula de Darcy–Weisbach:
onde
é o fator de atrito (adimensional). Aqui vemos que
aumenta com
e aumenta quando
diminui (porque aparece no denominador e porque
aumenta quando
diminui).
2. Perdas em acessórios (curvas, válvulas, entradas, etc.) somam-se como:
2. Perdas em acessórios (curvas, válvulas, entradas, etc.) somam-se como:
onde cada
é o coeficiente de resistência do acessório. Logo, reduzir os
reduz essas perdas.
Além disso, se o fluxo volumétrico
for o mesmo, a velocidade média é
portanto reduzir
aumenta fortemente
(proporção
), o que aumenta
e, por consequência, tanto
quanto
.
Passo 4
Analisando a alternativa A: “aumentar o comprimento da tubulação na linha de sucção.”
- Pela fórmula de Darcy–Weisbach
, aumentar aumenta linearmente . - Logo, aumentar comprimento aumenta
, diminui e favorece cavitação. - Conclusão: A é ruim (piore a cavitação), não é a solução.
Passo 5
Analisando a alternativa B: “diminuir o diâmetro da tubulação na linha de sucção.”
- Diminuir
aumenta e também aumenta (porque para fluxo constante), então tanto o fator quanto aumentam — perdas aumentam muito. - Assim
sobe, cai e a cavitação tende a aumentar. - Conclusão: B também é o oposto do desejado.
Passo 6
Analisando a alternativa C: “diminuir o nível da superfície do fluido no tanque de captação com relação à bomba.”
- Diminuir o nível do fluido significa reduzir
(a altura estática disponível), que aparece positivamente na expressão da . - Menor
reduz e torna a cavitação mais provável. - Conclusão: C também piora a situação, não resolve.
Passo 7
Analisando a alternativa D: “substituir acessórios na linha de sucção com coeficientes de resistência altos por acessórios com coeficientes de resistência baixos.”
- A perda por acessórios é
. Trocar acessórios por outros com menores reduz essa soma, isto é, reduz . - Reduzir
aumenta (veja a equação do Passo 2), diminuindo a chance de pressão atingir a pressão de vapor e, portanto, evitando cavitação. - Conclusão: D é a ação correta porque reduz perdas na sucção, que é exatamente o objetivo indicado no enunciado.
Resposta
D.