Disciplina: Máquinas de Fluxo
Código: 30-276
Pré-Requisito: 30-272
Classificação das máquinas de fluxo. Energia cedida ao fluido. Equações fundamentais das máquinas de fluxo e de deslocamento. Teoria elementar da ação dos rotores. Similaridade aplicada a bombas e ventiladores. Condições reais de funcionamento de bombas e ventiladores. Bombas e ventiladores centrífugos. Bombas e ventiladores axiais. Normas. Cavitação e NPSH. Teoria da asa de sustentação. Turbinas e Compressores.
A disciplina aborda os conceitos das máquinas de fluxo, preparando o acadêmico para analisar, selecionar, dimensionar e projetar máquinas de fluxo, a fim de desenvolver as seguintes competências gerais:
- Formular e conceber soluções de engenharia, analisando e compreendendo os usuários dessas soluções e seu contexto.
- Ser capaz de utilizar técnicas adequadas de observação, compreensão, registro e análise das necessidades dos usuários e de seus contextos ambientais e econômicos.
- Formular, de maneira ampla e sistêmica, questões de engenharia, considerando o usuário e seu contexto, concebendo soluções criativas, bem como o uso de técnicas adequadas.
- Analisar e compreender os fenômenos físicos por meio de modelos simbólicos e físicos, verificados e validados por experimentação.
- Ser capaz de modelar os fenômenos e sistemas físicos, utilizando ferramentas, computacionais e de simulação.
- Prever os resultados dos sistemas por meio dos modelos.
- Conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo.
- Ser capaz de conceber e projetar soluções criativas, viáveis, técnica e economicamente, nos contextos que serão aplicadas.
- Projetar e determinar os parâmetros construtivos e operacionais para as soluções de engenharia.
- Comunicar-se eficazmente nas formas escrita, oral e gráfica.
- Ser capaz de expressar-se adequadamente, inclusive por meio de uso de tecnologias digitais de informação e comunicação.
- Ser capaz de assumir atitude investigativa e autônoma, com vistas à aprendizagem contínua.
Além das competências gerais, devem ser agregadas as seguintes competências específicas:
- Conhecer e determinar as características operacionais das máquinas de fluxo.
- Realizar projetos que envolvam a utilização de sistemas de bombeamento.
- Avaliar instalações hidráulicas e pneumáticas.
- Utilizar bombas, ventiladores, turbinas e compressores.
UNIDADE DE ENSINO 1 – INTRODUÇÃO: CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO DAS MÁQUINAS DE FLUXO
Máquinas motrizes. Máquinas geratrizes ou operatrizes. Máquinas mistas.
TDE 01 – Solução de um problema real de engenharia utilizando a rotina proposta para resolver exercícios com todos os passos lógicos apresentados.
UNIDADE DE ENSINO 2 – CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS GERATRIZES: BOMBAS
Bombas de deslocamento positivo. Turbobombas.
TDE 02 – Solução de um problema real de engenharia usando software computacional.
UNIDADE DE ENSINO 3 - MODOS DE CONSIDERAR A ENERGIA CEDIDA AO FLUIDO; ALTURAS DE ELEVAÇÃO; POTÊNCIAS; RENDIMENTOS
Alturas estáticas. Alturas totais ou dinâmicas. Potências. Rendimentos. Velocidades nas linhas de recalque e de aspiração.
UNIDADE DE ENSINO 4 – TEORIA ELEMENTAR DA AÇÃO DO ROTOR DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS
Projeção meridiana. Diagrama das velocidades. Pás ativas e inativas. Ação das pás sobre o líquido. Equação das velocidades. Equação fundamental das turbobombas. Influência da forma da pá sobre a altura de elevação. Avaliação da altura manométrica. Influência do número finito de pás no rotor. Influência da espessura das pás.
UNIDADE DE ENSINO 5 – CONDIÇÕES DE FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS RELATIVAMENTE A TUBULAÇÃO
Curva característica de uma tubulação. Regulagem das bombas atuando no registro. Regulagem pela variação de velocidade. Funcionamento da bomba fora da condição de rendimento máximo. Estabilidade do funcionamento. Associação de bombas centrífugas: Série e paralelo.
Atividade Prática 05: Realização de experimentos em laboratório para identificar o comportamento e as principais características de funcionamento das bombas centrífugas para que o acadêmico seja capaz de conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo.
TDE 03 – Elaboração de relatórios técnicos dos experimentos realizados em laboratório para que o acadêmico seja capaz de comunicar-se eficazmente nas formas escrita e gráfica.
UNIDADE DE ENSINO 6 – LEIS DE SIMILARIDADE APLICADA AS MÁQUINAS DE FLUXO
Identificar as leis de similaridade aplicada às máquinas de fluxo.
UNIDADE DE ENSINO 7 – CAVITAÇÃO; NPSH; MÁXIMA ALTURA ESTÁTICA DE ASPIRAÇÃO
Fazer uma revisão da termodinâmica. Definir o número de Mach e classificar os tipos de escoamentos compressíveis. Identificar o cone de Mach.
Atividade Prática 07: Por meio de um grupo de troca de mensagens eletrônicas os acadêmicos e o professor compartilham previamente imagens e vídeos dos conteúdos contemplados na Unidade de Ensino 7 para serem exibidos e debatidos em sala e posteriormente editado um filme sobre o assunto. O objetivo é que o acadêmico seja capaz de expressar-se adequadamente, inclusive por meio de uso de tecnologias digitais de informação e comunicação.
UNIDADE DE ENSINO 8 – FUNDAMENTOS DO PROJETO DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS: EXEMPLO
Atividade Prática 08: Realização de experimentos em laboratório para identificar o comportamento e as principais características dos escoamentos em tubulações para que o acadêmico seja capaz de conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo.
TDE 04 – Elaboração de relatórios técnicos dos experimentos realizados em laboratório para que o acadêmico seja capaz de comunicar-se eficazmente nas formas escrita e gráfica.
UNIDADE DE ENSINO 9 – PROJETO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
Dimensionar uma turbobomba que atenda as exigências quanto ao tipo de líquido, altura manométrica e descarga, sendo que o número de rotações fica limitado a um caso comercial similar.
Atividade Prática 09: Elaboração de um projeto completo de uma bomba centrífuga, desenvolvendo competências para conceber, projetar e analisar os sistemas, componentes ou processos relacionados a uma bomba centrífuga, considerando-se projetar e determinar os parâmetros de desempenho das bombas centrífugas, comunicar-se de forma escrita, oral e gráfica através da elaboração de relatórios técnicos de engenharia e sua apresentação. Além disto, também trabalhar e liderar projetos e equipes multidisciplinares gerenciar projetos de forma proativa e colaborativa.
TDE 05 – Elaboração de relatórios técnicos de acompanhamento das atividades e relatório técnico final seguindo as normas do TCC, incluindo desenhos em CAD, 2D e 3D da bomba e voluta, em folha A3 para o desenho de conjunto e para as múltiplas vistas do rotor e voluta, com todas as informações de memorial descritivo necessárias para o projeto e a fabricação dessa turbobomba para que o acadêmico seja capaz de comunicar-se eficazmente nas formas escrita e gráfica.
UNIDADE DE ENSINO 10 – TURBINAS HIDRÁULICAS
Fazer uma classificação geral das turbinas hidráulicas. Identificar os parâmetros de desempenho das turbinas hidráulicas. Selecionar, dimensionar e estimar parâmetros de projeto para turbinas hidráulicas de ação e reação.
Atividade Prática 10: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.
TDE 06 – Solução de um problema real de engenharia utilizando procedimento próprio para resolver exercícios com todos os passos lógicos desenvolvidos.
Visando desenvolver competências apresentadas, as aulas serão desenvolvidas de forma variada e terão como metodologias: a tradicional (expositivo-dialogadas com estudos dirigidos) e a ativa (sala de aula invertida, aprendizagem baseada em problema e projeto, estudo de caso). No intuito de desenvolver as competências inerentes à disciplina, poderão ser utilizados recursos de multimídia como projetores de imagem e vídeo, materiais concretos e softwares matemáticos, e a contextualização se dará através da resolução de problemas reais. Os acadêmicos desenvolverão os TDEs - Trabalhos Discente Efetivos no total de 10h, envolvendo resolução de exercícios e problemas com e sem auxílio de softwares matemáticos e trabalho interdisciplinar envolvendo a aplicação de conceitos físicos e matemáticos à área da engenharia.
A avaliação da disciplina se propõe a verificar se as competências propostas neste plano de ensino foram desenvolvidas pelo acadêmico, por meio dos seguintes instrumentos de avaliação: provas escritas e TDEs, estes últimos valendo 20% da média parcial.
As avaliações serão realizadas ao longo do semestre e distribuídas uniformemente de acordo com o plano de ensino e serão organizadas como um reforço, em relação ao aprendizado e ao desenvolvimento das competências. Em aula antecedente a uma avaliação serão apresentadas orientações a respeito da sistemática a ser adotada e os conteúdos exigidos, bem como os critérios específicos da avaliação. No instrumento de avaliação haverá de forma explícita e por escrito quanto valerá cada questão.
FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan. T.; PRITCHARD, Philip J.; MICHTELL, John W. Introdução à mecânica dos fluidos. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.
MACINTYRE, Archibald Joseph. Bombas e instalações de bombeamento. 2.ed. rev. Rio de Janeiro: LTC, 1997.
TUZSON, John. Centrifugal pump design. New York: John Wiley e Sons, 2000.
AZEVEDO NETTO, José Martiniano de. Manual de Hidráulica. 8.ed. atual. São Paulo: Edgar Blucher, 2007.
GHIZZE, Antônio. Manual técnico de tubulação industrial. São Paulo: Ibrasa, 1988.
LIMA, Epaminondas Pio Correia. PETROBRAS. Mecânica das bombas. 2.ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2003.
MACINTYRE, Archibald Josep. Instalações Hidráulicas. 3º ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996.
NORMAS TÉCNICAS: NBR10131 - Bombas hidráulicas de fluxo; NBR10784 - Bombas de deslocamento positivo para sistemas hidráulicos de potência; NBR6397 - Bombas hidráulicas de fluxo – Ensaios; NBR6400 - Bombas hidráulicas de fluxo (classe C) - Ensaios de desempenho e de cavitação; NBR6445 - Turbinas hidráulicas, turbinas-bombas e bombas de acumulação; NBR9581 - Turbinas hidráulicas - Bombas de acumulação e turbinas-bombas - Verificação da erosão por cavitação; NBR9969 - Turbinas hidráulicas para pequenas centrais hidrelétricas; NBR10143 - Compressores de ar; NB816 - Compressores herméticos para refrigeração condições de ensaio; NBR10233 - Compressor de ar do tipo alternativo para uso naval - Ensaio hidrostático; NBR11947 - Compressores de refrigeração; NBR12012 - Compressores de deslocamento; NBR10149 - Turbinas a vapor para serviços gerais; NBR10280 - Determinação de parâmetros básicos de turbinas hidráulicas para pequenas: centrais hidrelétricas (PCH); NBR10684 - Símbolos dimensionais e parâmetros característicos de turbinas hidráulicas hidrelétricas (PCH); NBR12591 - Dimensões principais de turbinas hidráulicas para pequenas centrais.