[gpt 04]

9
(*) Rua “C”, Nº 8, Quadra 8 – Condo Brasil Tel: (+55 2 XX SE DE TR EN GRUPO – II GRUPO DE ESTUDO DE A EN RESUMO Em estágio de Pesquisa Básica Di água sem impurezas, cuja altura piezométrica acima da geométrica em águas contendo apenas um corpo s nivelando-se piezometricamente e aproveitamento desse desnível p Aplicada, apresenta um modelo para PALAVRAS-CHAVE Empuxo, Gravitação, Hidrodinâmica, 1.0 - INTRODUÇÃO Dentre os vários problemas que a in de custo fundamental nas planilhas e O objetivo do presente trabalho é ap A imensa massa de nosso planeta lh de um líquido atuando sobre um gravidade. Partindo de uma revisão da lei da g princípio de Pascal, do princípio comunicantes esse trabalho propõe u e piezométrica de um mesmo líquido a geração de energia hidromecânica. 2.0 - HIDROSTÁTICA 2.1 Pressão nos Líquidos O teorema fundamental da hidrostátic teorema de Stevin-Lagrange nos dá o omínio Lagoa Azul – casa 144 – Itapeba - CEP 24.91 21) 8088-4965 – Email: [email protected] XII SNPTEE EMINÁRIO NACIONAL E PRODUÇÃO E RANSMISSÃO DE NERGIA ELÉTRICA 13 PRODUÇÃO TÉRMICA E FONTES NÃO CONVENC NERGIA DO EMPUXO – CAIXA HIDROMOTRIZ Giovani Ferreira de Almeida irigida, este trabalho aborda no campo da Hidrostát geométrica e piezométrica coincidem. Analisa o m águas contendo muito material em suspensão. A sólido flutuante, seu comportamento em um sistema desnivelando-se geometricamente. No campo da H para geração de energia hidromecânica. Em uma a geração de energia limpa. Hidrostática, Vasos-comunicantes. ndústria de base enfrenta está a demanda por energia e um elemento limitador quando escasso. Uma alternat presentar uma alternativa para autoprodução de energ he proporciona uma força gravitacional considerável, corpo pode em condições adequadas, soerguê-lo, gravitação universal de Newton, do teorema fundam do empuxo de Arquimedes e do comportamento uma forma de aproveitamento do empuxo para desali o contido em vasos comunicantes, proporcionando um . ca, também denominado teorema de Stevin ou teorem o valor numérico das pressões. 13-175 - Maricá, RJ, BR/GPT/04 a 16 de Outubro de 2013 Brasília - DF CIONAIS - GPT tica o comportamento da deslocamento da altura mesma possibilidade em a de vasos comunicantes Hidrodinâmica aborda o introdução à Pesquisa a, pois é um componente tiva é a autoprodução. gia em plantas industriais. não obstante, o empuxo , superando a força da mental da hidrostática, do de líquidos em vasos inhar a altura geométrica m desnível que possibilite ma de Lagrange ou ainda

description

 

Transcript of [gpt 04]

Page 1: [gpt 04]

(*) Rua “C”, Nº 8, Quadra 8 – Condomínio Lagoa Azul Brasil

Tel: (+55 21

XXSEMINÁRIO NACIONALDE PRODUÇÃO ETRANSMISSÃO DEENERGIA ELÉTRICA

GRUPO – II

GRUPO DE ESTUDO DE PRODUÇÃO TÉRMICA E FONTES NÃO CONVENCIONAIS

A ENERGIA DO EMPUXO

RESUMO

Em estágio de Pesquisa Básica Dirigidaágua sem impurezas, cuja altura geométrica e piezométrica coincidem. Analisa o deslocamento da altura piezométrica acima da geométrica em águas contendo muito material em suspensão. A mesmáguas contendo apenas um corpo sólido flutuante, seu comportamento em um sistema de vasos comunicantes nivelando-se piezometricamente e desnivelandoaproveitamento desse desnível paAplicada, apresenta um modelo para geração de energia limpa.

PALAVRAS-CHAVE Empuxo, Gravitação, Hidrodinâmica, Hidrostática, Vasos

1.0 - INTRODUÇÃO

Dentre os vários problemas que a indústria de base enfrenta está a demanda por energia, pois é um componente de custo fundamental nas planilhas e um elemento limitador quando escasso. Uma alternativa é a autoprodução. O objetivo do presente trabalho é apresentar uma alternativa para aA imensa massa de nosso planeta lhe proporciona uma força gravitacional considerável, não obstante, o empuxo de um líquido atuando sobre um corpo pode em condições adequadas, soerguêgravidade. Partindo de uma revisão da lei da gravitação universal de Newton, do teorema fundamental da hidrostática, do princípio de Pascal, do princípio do empuxo de Arquimedes e do comportamento de líquidos em vasos comunicantes esse trabalho propõe uma e piezométrica de um mesmo líquido contido em vasos comunicantes, proporcionando um desnível que possibilite a geração de energia hidromecânica.

2.0 - HIDROSTÁTICA

2.1 Pressão nos Líquidos

O teorema fundamental da hidrostática, também denominado teorema de Stevinteorema de Stevin-Lagrange nos dá o valor numérico das pressões.

Condomínio Lagoa Azul – casa 144 – Itapeba - CEP 24.913

21) 8088-4965 – Email: [email protected]

XXII SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

13

GRUPO DE ESTUDO DE PRODUÇÃO TÉRMICA E FONTES NÃO CONVENCIONAIS

A ENERGIA DO EMPUXO – CAIXA HIDROMOTRIZ

Giovani Ferreira de Almeida

Pesquisa Básica Dirigida , este trabalho aborda no campo da Hidrostática o comportamento da água sem impurezas, cuja altura geométrica e piezométrica coincidem. Analisa o deslocamento da altura piezométrica acima da geométrica em águas contendo muito material em suspensão. A mesmáguas contendo apenas um corpo sólido flutuante, seu comportamento em um sistema de vasos comunicantes

se piezometricamente e desnivelando-se geometricamente. No campo da Hidrodinâmica aborda o aproveitamento desse desnível para geração de energia hidromecânica. Em uma introdução à

apresenta um modelo para geração de energia limpa.

Empuxo, Gravitação, Hidrodinâmica, Hidrostática, Vasos-comunicantes.

a indústria de base enfrenta está a demanda por energia, pois é um componente de custo fundamental nas planilhas e um elemento limitador quando escasso. Uma alternativa é a autoprodução.

O objetivo do presente trabalho é apresentar uma alternativa para autoprodução de energia em plantas industriais. A imensa massa de nosso planeta lhe proporciona uma força gravitacional considerável, não obstante, o empuxo de um líquido atuando sobre um corpo pode em condições adequadas, soerguê-lo, superando a força da

Partindo de uma revisão da lei da gravitação universal de Newton, do teorema fundamental da hidrostática, do princípio de Pascal, do princípio do empuxo de Arquimedes e do comportamento de líquidos em vasos comunicantes esse trabalho propõe uma forma de aproveitamento do empuxo para desalinhar a altura geométrica e piezométrica de um mesmo líquido contido em vasos comunicantes, proporcionando um desnível que possibilite a geração de energia hidromecânica.

O teorema fundamental da hidrostática, também denominado teorema de Stevin ou teorema denos dá o valor numérico das pressões.

13-175 - Maricá, RJ, –

BR/GPT/04 a 16 de Outubro de 2013

Brasília - DF

GRUPO DE ESTUDO DE PRODUÇÃO TÉRMICA E FONTES NÃO CONVENCIONAIS - GPT

, este trabalho aborda no campo da Hidrostática o comportamento da água sem impurezas, cuja altura geométrica e piezométrica coincidem. Analisa o deslocamento da altura piezométrica acima da geométrica em águas contendo muito material em suspensão. A mesma possibilidade em águas contendo apenas um corpo sólido flutuante, seu comportamento em um sistema de vasos comunicantes

se geometricamente. No campo da Hidrodinâmica aborda o ra geração de energia hidromecânica. Em uma introdução à Pesquisa

a indústria de base enfrenta está a demanda por energia, pois é um componente de custo fundamental nas planilhas e um elemento limitador quando escasso. Uma alternativa é a autoprodução.

utoprodução de energia em plantas industriais. A imensa massa de nosso planeta lhe proporciona uma força gravitacional considerável, não obstante, o empuxo

lo, superando a força da

Partindo de uma revisão da lei da gravitação universal de Newton, do teorema fundamental da hidrostática, do princípio de Pascal, do princípio do empuxo de Arquimedes e do comportamento de líquidos em vasos

forma de aproveitamento do empuxo para desalinhar a altura geométrica e piezométrica de um mesmo líquido contido em vasos comunicantes, proporcionando um desnível que possibilite

ou teorema de Lagrange ou ainda

Page 2: [gpt 04]

2

A diferença das pressões entre dois pontos quaisquer de um mesmo líquido em equilíbrio é igual ao peso de coluna líquida que tem por base a unidade de superfície e por altura a distância vertical entre os dois pontos. [ 1 ] A uma altura h de líquido corresponde uma pressão e, inversamente, sempre que há pressão, é possível representá-la por uma altura, real ou fictícia, de líquido. Tal fato tem grande importância de ordem prática, pois nos problemas técnicos é frequente exprimirem-se as pressões pelas correspondentes alturas de líquido. [ 2 ] 2.2 Pressão nos líquidos contendo partículas em suspensão Neste caso, dependendo da concentração do material suspenso, há um deslocamento da linha piezométrica acima da linha geométrica do líquido pelo aumento de seu peso específico. Os corpos em solução ou em suspensão pouco alteram a massa e o peso específicos. A água do mar pesa 1020 a 1030 kg/m³ chegando excepcionalmente a 1050 kg/m³; em águas que contém muito material suspenso o peso específico pode chegar a 1100 kg/m³.[ 2 ] Por definição, as partículas em solução ou suspensão não pertencem à água e, sob processos específicos, pode-se separar o líquido do material suspenso. Todavia a pressão no fundo do recipiente contendo partículas em suspensão é maior que em um recipiente de mesma profundidade contendo água pura, correspondendo a uma altura superior à geométrica. Isto se dá porque apesar de minúsculas, as partículas quando suspensas forçam o líquido a exercer um esforço de sustentação, aumentando sua pressão. Sua altura piezométrica está acima de sua altura geométrica, apesar do líquido estar estático e em equilíbrio.

2.3 Gravitação A lei da gravitação universal descoberta por Isaac Newton foi por ele, pela primeira vez, enunciada no ano de 1686. A lei pode ser enunciada da maneira seguinte: No universo, matéria atrai matéria com uma força que é diretamente proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Especificamente em relação à terra pode-se considerar que, ... é necessário certo esforço para manter um bloco em repouso acima da superfície da terra. Se não aplicarmos tal esforço, o bloco cairá em movimento acelerado. A força necessária para sustentar o bloco tem o mesmo módulo que a força de atração gravitacional entre ele e a terra. [ 3 ] Na Figura 1, uma semiesfera suspensa sofre atração gravitacional, o guindaste realiza o esforço de sustentação para impedi-la de cair.

FIGURA 1. Semiesfera sustentada pelo guindaste

2.4. Efeito de força de contato em um fluido confinado – problema estático Na Figura 2, a semiesfera anteriormente referida flutua em um reservatório, seu peso está distribuído pelo líquido confinado. No caso anterior o guindaste a impedia de cair, neste caso, a água a impede de ir para o fundo do reservatório por conta do empuxo. Observe-se que ela continua elevada à altura de 100 metros do solo, devido a tal esforço há um ligeiro aumento de pressão sobre as partículas da água, elevando sua altura piezométrica acima da geométrica.

Page 3: [gpt 04]

3

FIGURA 2. Reservatório com água sustentando uma semiesfera flutuante [ 4 ] Segundo o Princípio de Pascal, a pressão aplicada a um fluido contido em um recipiente é transmitida integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do recipiente que o contém.[ 3 ] Se a pressão externa for exercida sobre uma parte do contorno de um fluido confinado, essa pressão, uma vez impedido o movimento do fluido, será transmitida através do fluido com a mesma intensidade. [ 5 ] 2.5. Vasos comunicantes Quando um mesmo líquido está em vasos comunicantes, as superfícies livres em cada vaso são horizontais e todas as superfícies estão num mesmo plano horizontal..., em dois ou mais vasos de formas quaisquer, unidos entre si, o conjunto não forma senão um vaso único. [ 1 ] Observando a Figura 3 todos os vasos têm um mesmo líquido, possuem a mesma altura geométrica e piezométrica, pois todos estão sujeitos à mesma pressão:

FIGURA 3. Vasos comunicantes nivelados geométrica e piezometricamente. [ 6 ] Em líquidos de densidades diferentes o líquido mais denso exerce sua pressão adicional e ao estabelecer-se o equilíbrio piezométrico haverá um desnível na altura geométrica, conforme visto na Figura 4.

FIGURA 4. vasos comunicantes desnivelados geométrica e nivelados piezometricamente Quando dois vasos comunicantes contêm líquidos diferentes não misturáveis, as alturas das colunas líquidas que se fazem equilíbrio, acima da superfície de separação, estão na razão inversa das densidades destes líquidos. [1 ] O líquido mais denso tem sua altura geométrica inferior ao líquido menos denso, o equilíbrio piezométrico é conseguido à custa do desnivelamento geométrico. Tome-se um grande reservatório com água a determinado nível sobre o qual hipoteticamente está içada uma imensa semiesfera. Observe-se a água em repouso a uma altura “h”;

Page 4: [gpt 04]

4

FIGURA 5. Semiesfera sobre um reservatório de água Após ser arriada ao reservatório, a altura geométrica da água se elevará devido ao volume submerso e a semiesfera transmitirá seu peso a água que o distribuirá pela área interna do reservatório, gerando um aumento de pressão. A altura h representa um aumento da cota devido ao volume submerso, mas o sistema agora contém água e uma imensa semiesfera cuja massa está sendo atraída pela força da gravidade, visualizada conforme a Figura 2 anterior. Suponha-se agora um 2° reservatório, idêntico ao 1° ao seu lado, com água à mesma altura geométrica, a água contida no 2º reservatório possui a mesma altura do 1º, mas não sustenta nenhum corpo estranho.

FIGURA 6. Dois reservatórios com igual altura geométrica, porém um contém uma semiesfera em flutuação. Faz-se uma ligação entre os dois reservatórios e uma comporta impedindo o fluxo da água, à luz de tudo que foi visto, uma partícula contida no 1º reservatório suporta a pressão da cota de água acima e a pressão exercida pela semiesfera. Já uma partícula no 2º reservatório, no mesmo plano horizontal, suporta apenas a pressão da coluna de água acima.

FIGURA 7. Reservatórios ligados por uma tubulação

Apesar de apresentarem a mesma cota geométrica, a água do 1° reservatório se encontra sustentando um co rpo, sua altura piezométrica é superior a sua altura geométrica. Ao abrir-se a comporta o sistema agora único buscará o equilíbrio: haverá fluxo de água do 1° para o 2° reservatório para que as partículas de água alinhadas em um mesmo plano estejam sob a mesma pressão, conforme o teorema fundamental da hidrostática.

FIGURA 8. Passagem do líquido para busca do equilíbrio. Ao voltar à condição de equilíbrio de pressões, o 2° reservatório estará a uma altura “h” acima do 1°, este por sua

Page 5: [gpt 04]

5

vez diminuirá de nível pelo volume de água que passou para o 2º; a diferença de altura representa a pressão adicional da semiesfera no 1º dique. Seria impossível obter equilíbrio de pressões com dois reservatórios no mesmo nível, estando um deles suportando uma massa considerável, pois seu peso distribuído pela área interna do reservatório que o contém resulta em pressão adicional, equivalente a certa altura de água. 2.5.1. Trabalho 1 Ao elevar a coluna de água a certa altura “h”, a gravidade realizou trabalho atuando sobre a semiesfera, pois sua massa atraída pela gravidade exerceu uma deformação no meio fluido anteriormente nivelado, embora o empuxo mantenha sempre a semiesfera na superfície da água. Por definição trabalho é força vezes deslocamento. Observe-se que a gravidade atua sobre a semiesfera que não se desloca, mas obriga o deslocamento das partículas de água para o 2º reservatório para compensar sua pressão adicional. 2.6. Centro de carena e centro de gravidade Denomina-se Centro de Carena o centro de gravidade do volume do líquido deslocado. Denomina-se Centro de Gravidade ou Baricentro a resultante dos pesos de todos os pontos materiais que formam um corpo, aplicada em seu centro, este pode estar localizado fora do corpo, por exemplo, o centro de gravidade de um anel homogêneo está no centro desse anel. Tomando-se as duas definições acima pode-se modificar a disposição do modelo estudado, obtendo-se um sistema de vasos comunicantes em um mesmo reservatório, como apresentado na Figura 10.

FIGURA 10. Semiesfera com um duto em seu centro [7] A Figura 10 apresenta um sistema de vasos comunicantes em que a semiesfera contida no reservatório possui um duto em seu eixo central, onde se localizam o centro de carena e de gravidade. A água no interior do duto não sofre ação do peso da semiesfera e está nivelada acima da água contida no reservatório para estabelecer o equilíbrio de pressões. Observe-se que uma partícula “p” de água contida na lateral do vaso suporta o peso da coluna líquida acima e o peso da semiesfera distribuído igualmente pela área de sustentação, de outra forma uma partícula p’ no interior do duto central possui sobre si apenas o peso da coluna de água, que está nivelada acima para permitir o equilíbrio piezométrico da massa líquida. 2.7. Energia Potencial A água parada na represa, a pedra suspensa no ar, a mola tensa, a carga de pólvora antes da explosão, etc., têm também energia, mas esta não é diretamente conversível em trabalho; está armazenada no sistema que a possui e, para ser utilizada, exige a intervenção de alguma energia estranha, por menor que seja, bastante apenas para suprimir o equilíbrio: abrir a comporta da represa, cortar o fio que mantinha suspensa a pedra, soltar a mola, apoiar no gatilho da arma de fogo, etc. Esta forma de energia, posta como que em reserva, é a energia de potencial, virtual, estática: energia de posição. [ 8 ] Este é um ponto basilar deste trabalho: ao ser colocada dentro do reservatório e devido a sua menor densidade a semiesfera flutuou, ou seja, foi sustentada pelo líquido e o esforço de sustentação produziu um aumento na pressão interna da água, que apesar de incompressível teve sua altura piezométrica deslocada acima de sua altura geométrica. Ao modificar a disposição da semiesfera, inserindo um duto em seu eixo central foi permitida a ascensão da água que elevou-se até equilibrar a pressão exterior e a massa de líquido se estabilizou acima do nível externo ganhando energia potencial.

Page 6: [gpt 04]

6

Obteve-se de forma artificial algo precioso na engenharia hidráulica, um desnível, conforme visualizado nas Figuras 9 e 10. 3.0 HIDRODINÂMICA Na parte inicial deste trabalho, relativa à Hidrostática, foi analisado o comportamento de um líquido compartimentado suportando um corpo, a ação exercida pela gravidade em oposição ao empuxo hidrostático elevando parte desse líquido em um sistema de vasos comunicantes e o consequente aumento de energia potencial. Em Hidrodinâmica será abordado uma possibilidade de aproveitamento do desnível criado. 3.1. Forças conservativas e degenerativas A produção de um desnível artificial em um reservatório, utilizando a gravidade terrestre, leva à análise das forças conservativas e degenerativas. Forças conservativas e degenerativas – É necessário realizar trabalho por uma força constante para içar um corpo verticalmente a velocidade constante; mostramos que esse trabalho é igual ao aumento de energia potencial gravitacional do corpo. Também é necessário realizar trabalho por uma força externa para fazer deslizar um corpo à velocidade constante, sobre uma superfície áspera horizontal; neste caso, a energia potencial do corpo não se altera e o trabalho é convertido em calor. Porque, tendo sido realizado trabalho externo em ambos os casos, temos aumento de energia potencial no primeiro e não temos no segundo? A distinção se torna evidente quando consideramos o modo de fazer voltar o corpo à sua posição original. Podemos dizer que, no primeiro caso, o trabalho foi realizado contra a solicitação da gravidade da terra, ao passo que no segundo caso, o trabalho foi realizado contra a força de atrito. Se o peso for baixado, à velocidade constante, à sua posição original, a força gravitacional permanece constante em intensidade e direção. Pode-se portanto fazer que o peso realize trabalho ao descer (pode, por exemplo, elevar um segundo peso igual, ligado a ele por uma corda passando por uma polia) e, tanto na subida como na descida, o trabalho a ser obtido iguala o que foi originalmente empregado. Em outras palavras, o trabalho é recuperável ou, ainda de outro modo, o trabalho líquido realizado na ida e na volta é nulo. Compare-se isso com o comportamento da força de atrito: quando fazemos deslizar um corpo sobre a superfície áspera novamente para posição original, a força de atrito muda de sentido e, em vez de recuperar o trabalho no primeiro deslocamento, precisamos novamente realizar trabalho no percurso de volta. O trabalho líquido, realizado na ida e na volta, não é nulo.[ 9 ] Sears aborda a relação entre forças conservativas, energia potencial e trabalho recuperável. Essa diferença entre forças gravitacionais e de atrito é o critério para determinar se há ou não aumento de energia potencial, quando se realiza um trabalho. Se o trabalho pode ser recuperado, há aumento de energia potencial; se o trabalho não pode ser recuperado, não há aumento de energia. Forças como a da gravidade ou a força exercida por uma mola, onde o trabalho é recuperável, são denominadas conservativas. Forças como a do atrito de escorregamento são denominadas forças não-conservativas, dissipativas ou degenerativas. A energia mecânica de um sistema só é conservada quando todas as forças são conservativas, e só há aumento de energia potencial quando o trabalho é realizado contra uma força conservativa.[ 9 ] 3.2. Fuga de energia Conforme o subitem 2.5.1 Trabalho 1, foi realizado trabalho quando a coluna de água dentro do duto elevou-se acima do nível do reservatório, será utilizada a própria força da gravidade para recuperar o trabalho executado, e transformar a energia potencial obtida em energia cinética. 3.2.1. Trabalho 2 Tome-se a Figura 11 e suponha-se que devido a uma falha estrutural surja um pequeno orifício, de área “a”, a uma profundidade “h” abaixo do nível da água no duto central, porém acima do nível da água do reservatório, por onde saia uma veia líquida. Surgirá um pequeno volume de descarga de líquido. Cabe observar que todo o sistema, tanto o líquido como a estrutura, sofrem ação da gravidade, além disso a pressão atmosférica não interfere no sistema, pois atua em todas as direções.

Page 7: [gpt 04]

7

FIGURA 11. Duto com orifício [ 7 ] 3.2.2. Análise da sequência de movimentos [10] Na análise dos movimentos seguintes deve-se levar em consideração que a sequencia apresentada ocorre em um pequeno intervalo temporal, quase simultaneamente. O sistema, em um primeiro momento equilibrado, desequilibra-se pela perda de pressão provocada pela falha da estrutura. A perda de pressão permite que a força da gravidade (Conservativa) atue na massa de água dentro do duto, desencadeando a saída de partículas de líquido, tome-se um limite infinitesimal de tempo (dt), quando fluem as primeiras partículas fluidas de massa (m) provocando um vazio no interior do duto. Um movimento de acomodação devido também à ação da gravidade provoca a queda das partículas que estavam situadas acima da falha estrutural para preencher o espaço deixado pelas partículas precipitadas. Essa acomodação provoca um pequeno desnível (dh) na altura da coluna líquida dentro do duto, o que gera um pequeno desnível piezométrico (dp) entre as partículas situadas dentro do duto e as partículas que sustentam a semiesfera. Devido a essa diferença de pressões surge um fluxo ascendente de partículas de água pelo interior do duto, ressaltando-se que sua vazão ascendente é superior à vazão de descarga pelo orifício, devido a pequena dimensão de “a”. Em um movimento simultâneo a massa que saiu pelo orifício perde energia ao entrar na atmosfera por pulverização e por evaporação, mas grande parte dessa massa ganha carga de velocidade (taquicarga) e precipita-se no reservatório maior pela ação da gravidade, o que em um intervalo infinitesimal de tempo(dt) equilibra o sistema, mas é seguida por nova massa de água posterior. Para nivelar esse sistema e consequentemente deter o movimento de ascensão e queda da água é necessário eliminar o orifício ou canalizar a água que sai deste para fora do reservatório. É importante ressaltar que ao longo do tempo a taxa de evaporação de líquido se encarregará de parar o movimento, visto que quando a semiesfera flutuante se apoiar na estrutura do reservatório sua pressão será transmitida diretamente a este, ( sequência em animação em www.energiadoempuxo.com ) 3.3 Equação de Bernoulli – Altura manométrica total A aplicação da equação de Bernoulli é muito utilizada em regimes de fluxo permanente em condutos fechados, mas seus elementos, quais sejam: carga geométrica, piezométrica e dinâmica são identificados no sistema anteriormente visto. Segue uma análise simplificada da carga das partículas de água à luz dos termos da equação de Bernoulli:

-Uma partícula de água contida no reservatório apresenta sua energia potencial de posição (altura geométrica) acrescida da energia potencial de pressão interna ( altura piezométrica ) produzida pela semiesfera; -No duto central a partícula não sofre a pressão exercida pela semiesfera estando este a uma altura geométrica elevada; -Ao sair pela falha estrutural a partícula começa a perder carga geométrica e ganhar carga dinâmica (taquicarga ); -A força da gravidade força-a a precipitar-se novamente no reservatório aonde recebe novamente a carga piezométrica da semiesfera em flutuação.

3.4. Perda de energia e perda de carga Em uma análise do modelo anteriormente exposto deve-se levar em conta o alto grau de perda de energia a que está sujeito, observando as fugas de energia desse sistema quando em funcionamento:

Page 8: [gpt 04]

8

- evaporação, que inevitavelmente ocorrerá em maior ou menor grau, implicando em reposição da água, podendo ser minimizada com uma possível cobertura de isolamento; - possível cavitação devido a diferença de pressão no reservatório contendo o artefato flutuante e à pressão no interior e saída do duto; - formação de turbilhões quando da precipitação do líquido no retorno ao reservatório, desgaste interno das estruturas fixas e móveis que compõe o engenho, quebras mecânicas, afundamento, etc.

4.0 POSSÍVEIS MECANISMOS HIDRÁULICOS DECORRENTES Uma forma incipiente de Pesquisa Aplicada apresenta na Figura 12 um modelo esquemático de engenho que possui as características anteriormente descritas, associado a uma turbina para aproveitamento da energia da queda da água.

Figura 12. Caixa Hidromotriz (Patente Requerida)[ 13 ]

Substituindo o orifício de saída colocou-se um duto, que possui acoplado a si uma turbina para aproveitamento da energia hidromecânica da queda de água. Adequando-se a taxa de descarga pelo duto de saída em uma vazão inferior à sua ascensão pelo duto central, o líquido contido nesse sistema sempre buscará equilibrar-se sem consegui-lo, sendo necessária a reposição periódica do líquido perdido. 5.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho em forma de Pesquisa Básica Dirigida abordou a possibilidade de utilização apenas da força da gravidade combinada ao empuxo para criar um desnível baseado no princípio de transmissão de pressões e diferença de densidade entre corpos. Em forma inicial de Pesquisa Aplicada apresentou um modelo mecânico para aproveitamento dessa particularidade. A ideia chave se traduziu em aumentar a pressão em um fluido elevando sua altura piezométrica aproveitando a força da gravidade. Caso comprovado em pesquisa experimental, poderá contribuir sensivelmente com o atual problema de geração de energia limpa para suprimento de unidades industriais de alto consumo, permitindo a geração próxima às unidades fabris podendo ser construído em qualquer localização desde que haja gravidade, necessitando apenas de reposição da água perdida. Outra vantagem está no fato de diminuir não apenas o custo da produção de energia, mas igualmente o custo de sua transmissão. 6.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: [ 1 ]TAGLIARO, A. FÍSICA 1º volume. São Paulo, Editora Globo, 1966. p. 496, 504. [ 2 ]NEVES, E. T. CURSO DE HIDRÁULICA. Porto Alegre, Editora Globo, 1970. p. 11, 26. [ 3 ]RESNICK, R.; HALLIDAY, D. FÍSICA 1. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos Editora, 1974. P. 448, 487.

Page 9: [gpt 04]

[ 4 ]ALMEIDA, G. F. DA ENERGIA POTENCIAL DE UM LÍQUIDOHIDROMOTRIZ. Anais do III ENDICT Tecnológica Federal do Paraná UTFPR • campus Toledo, 2011. universitaria/diretorias/dirppg/anais-doÚltima consulta em 15 de agosto de 2012. [ 5 ]SHAMES, I. H. MECÂNICA DOS FLUIDOS Blücher Ltda. 1973. p. 35. [ 6 ]ALPINA. MANUAL DE INSTALAÇÃO ALO SOLAR. Apêndice, Edição 2007, item 8.4 Mecânica de Fluidos, http://alosolar.com.br/ [ 7 ]ALMEIDA, G. F. BUOYANCY ENERGYConsumption and Production,2-4 maio, Breguenz, Áustria, 2012. p. 60. 67.https://www.dropbox.com/s/pon2hhtol7uidxh/ERSCP%20consulta em 13 de agosto de 2012. [ 8 ]MARCIANO, M. FÍSICA PARA A 1ª SÉRIE COLEGIAL. São Paulo, Livraria Francisco Alves. 1953. p. 192. [ 9 ]SEARS, F. W. FÍSICA. Rio de Janeiro. Editora Gertun Carn [10] ENERGIA DO EMPUXO. Disponível em: [12]GONÇALVES, D. FÍSICA. DO CIENTÍFICO AO VESTIBULAR. Rio de Janeiro, Editora Ao Livro Técnico, 1974. p. 171, 176, 184, 185. [13]ALMEIDA, G. F. PI-0803305-6 CAIXA HIDROMOTRIZ ( Patente Requerida ) Rio de Janeiro, Instituto Nacional de Propriedade Industrial, 2008. 7.0 DADOS BIOGRÁFICOS

- Giovani Ferreira de Almeida;- Niterói, RJ; 1965;- Bacharel em Ciências Militares, Academia Militar das Agulhas Negras, Resende, RJ, 1986; Especialização em Gestão e Inovações Tecnológicas na Construção, Universidade Federal de Lavras, MG, 2006;

- Trabalhos Apresentados: - “A Energia do Empuxo” - 2ª Conferência Internacional de Materiais e Processos para Energias RenováveisSeminário Nacional de Forjamento, Porto Alegre- “Energia do Empuxo” – 2º Seminário Internacional de Gestão da Energia na Indústria da MineraçãoSalvador – BA, set/2012; - “Buoyancy Energy” – 15th European Roundtable on Sustainable Áustria, mai/2012; - “Energia do Empuxo - Caixa Hidromotriz”- “Da Energia Potencial de um Líquido Compartimentado Sustentando um Corpo6º Congresso Internacional de Bioenergia, Curitiba, PR, ago/2011

9

[ 4 ]ALMEIDA, G. F. DA ENERGIA POTENCIAL DE UM LÍQUIDO SUSTENTANDO UM CORPOHIDROMOTRIZ. Anais do III ENDICT – Encontro de Divulgação Científica e Tecnológica Tecnológica Federal do Paraná UTFPR • campus Toledo, 2011. http://www.utfpr.edu.br/toledo/estrutura

do-endict-encontro-de-divulgacao-cientifica-e-tecnologica/anaisÚltima consulta em 15 de agosto de 2012.

[ 5 ]SHAMES, I. H. MECÂNICA DOS FLUIDOS – PRINCÍPIOS BÁSICOS – VOL. I. São Paulo, Editora Edgard

[ 6 ]ALPINA. MANUAL DE INSTALAÇÃO ALO SOLAR. Apêndice, Edição 2007, item 8.4 -http://alosolar.com.br/. Última consulta em 15 de agosto de 2012.

[ 7 ]ALMEIDA, G. F. BUOYANCY ENERGY. Apresentado no 15th Europeian Roundtable on Sustainable 4 maio, Breguenz, Áustria, 2012. p. 60. 67.

https://www.dropbox.com/s/pon2hhtol7uidxh/ERSCP%20proceedings%20short_incl%20registrations.pdf

[ 8 ]MARCIANO, M. FÍSICA PARA A 1ª SÉRIE COLEGIAL. São Paulo, Livraria Francisco Alves. 1953. p. 192.

[ 9 ]SEARS, F. W. FÍSICA. Rio de Janeiro. Editora Gertun Carneiro, 1947?. p. 179,180, 408.

[10] ENERGIA DO EMPUXO. Disponível em: http://www.energiadoempuxo.com ou www.buoyanc

[12]GONÇALVES, D. FÍSICA. DO CIENTÍFICO AO VESTIBULAR. Rio de Janeiro, Editora Ao Livro Técnico, 1974.

6 CAIXA HIDROMOTRIZ ( Patente Requerida ) Rio de Janeiro, Instituto Nacional

Giovani Ferreira de Almeida; Niterói, RJ; 1965; Bacharel em Ciências Militares, Academia Militar das Agulhas Negras, Resende, RJ, 1986;Especialização em Gestão e Inovações Tecnológicas na Construção, Universidade Federal de

Lavras, MG, 2006;

2ª Conferência Internacional de Materiais e Processos para Energias Renováveisacional de Forjamento, Porto Alegre - RS, out/2012;

2º Seminário Internacional de Gestão da Energia na Indústria da Mineração

th European Roundtable on Sustainable Consumption and Production

Caixa Hidromotriz” – 5º Simpósio Nacional de Biocombustíveis, Canoas, RS, mar/2012;“Da Energia Potencial de um Líquido Compartimentado Sustentando um Corpo

6º Congresso Internacional de Bioenergia, Curitiba, PR, ago/2011.

SUSTENTANDO UM CORPO-CAIXA Encontro de Divulgação Científica e Tecnológica - Universidade

http://www.utfpr.edu.br/toledo/estrutura-tecnologica/anais-do-iii-endict.

VOL. I. São Paulo, Editora Edgard

- Noções de Hidráulica e

Roundtable on Sustainable

proceedings%20short_incl%20registrations.pdf . Última

[ 8 ]MARCIANO, M. FÍSICA PARA A 1ª SÉRIE COLEGIAL. São Paulo, Livraria Francisco Alves. 1953. p. 192.

eiro, 1947?. p. 179,180, 408.

www.buoyancyenergy.com

[12]GONÇALVES, D. FÍSICA. DO CIENTÍFICO AO VESTIBULAR. Rio de Janeiro, Editora Ao Livro Técnico, 1974.

6 CAIXA HIDROMOTRIZ ( Patente Requerida ) Rio de Janeiro, Instituto Nacional

Bacharel em Ciências Militares, Academia Militar das Agulhas Negras, Resende, RJ, 1986; Especialização em Gestão e Inovações Tecnológicas na Construção, Universidade Federal de

2ª Conferência Internacional de Materiais e Processos para Energias Renováveis/32º

2º Seminário Internacional de Gestão da Energia na Indústria da Mineração-ENERMIN,

n and Production, Breguenz –

5º Simpósio Nacional de Biocombustíveis, Canoas, RS, mar/2012; “Da Energia Potencial de um Líquido Compartimentado Sustentando um Corpo-Caixa Hidromotriz” –