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Abordagem de Conservação de Energia para Análise de Sistemas

Visão Geral

Fonte: Ricardo Mejia-Alvarez e Hussam Hikmat Jabbar, Departamento de Engenharia Mecânica, Michigan State University, East Lansing, MI

O objetivo deste experimento é demonstrar a aplicação da equação de conservação de energia para determinar o desempenho de um sistema de fluxo. Para este fim, a equação de energia para fluxo constante e incompressível é aplicada a um tubo curto com uma válvula de portão. A válvula do portão é então gradualmente fechada e sua influência nas condições de fluxo é caracterizada. Além disso, a interação entre este sistema de fluxo e o ventilador que impulsiona o fluxo é estudada comparando a curva do sistema com a curva característica do ventilador.

Este experimento ajuda a entender como a dissipação de energia é usada pelas válvulas para restringir o fluxo. Além disso, sob o mesmo princípio, este experimento oferece um método simples para medir a taxa de fluxo usando a mudança de pressão através de uma entrada afiada.

Procedimento

1. Definindo a instalação

  1. Certifique-se de que o ventilador não está funcionando, para que não haja fluxo na instalação.
  2. Verifique se o sistema de aquisição de dados (Figura 4(A)) segue o esquema na figura 2B.
    1. Conecte a porta positiva do transdutor de pressão #1 (ver figura 2B para referência) à torneira de pressão a montante da válvula ( ).
    2. Deixe a porta negativa do transdutor de pressão #1 aberta às c

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Resultados

A Figura 5 mostra os resultados das medições atuais. Aqui, a linha sólida preta foi gerada com equação (2), e cada linha vermelha com equação (3) para diferentes valores do coeficiente de perda da válvula. A partir da figura, é evidente que a curva do sistema aumenta sua inclinação à medida que a válvula se fecha. Em outras palavras, este experimento demonstra que o princípio por trás do funcionamento de uma válvula é aumentar a dissipação de energia pa...

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Aplicação e Resumo

Este experimento explorou a aplicação da equação de energia para caracterizar a ação de uma válvula no fluxo do tubo. Observou-se que a válvula induz a resistência ao fluxo aumentando a dissipação de energia. Considerando que a queda de pressão ao longo do sistema de fluxo é diretamente proporcional ao quadrado da taxa de fluxo, o efeito da dissipação de energia é capturado pela magnitude do coeficiente de proporcionalidade. Este coeficiente é a adição dos coeficientes de perda de todos os elementos do...

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Referências

  1. White, F. M. Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill, 2009.
  2. Munson, B.R., D.F. Young, T.H. Okiishi. Fundamentals of Fluid Mechanics. 5th ed., Wiley, 2006.

Tags

Conservation Of EnergySystem AnalysisMechanical SystemsEnergy AccountingOperating ConditionsSimplified AnalysisFlow SystemGate ValveOperating PointLoss CoefficientFlow FacilityPlenumAtmospheric ConditionsSharp EntranceOpen DischargeOrifice PlateCentrifugal FanKinetic EnergyPotential EnergyThermodynamic Components

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0:07

Overview

1:00

Principles of Conservation of Energy Analysis

4:52

Preparing the Flow Chamber

7:11

Data Analysis

8:17

Results

9:07

Applications

9:55

Summary

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