4- Uma caldeira aquatubular opera fornecendo vapor saturado seco a uma taxa de 3500
, a uma pressão de
e temperatura de
, com título
. A entalpia do vapor é hv
. A água de alimentação entra a
, apresentando entalpia hf=320 kJ/kg. O consumo horário de combustível é de
, com poder
calorífico inferior (PCI) de
. Os sistemas auxiliares (bombas, insufladores e exaustores) demandam uma potência elétrica de
. Pede-se:
a) Calcular a eficiência térmica bruta da caldeira, definida como a razão entre a potência térmica útil (energia recebida pelo vapor) e a potência térmica fornecida pelo combustível.
b) b) Calcular a eficiência térmica líquida, considerando a potência consumida pelos auxiliares, subtraindo-a da potência útil antes de calcular a razão.
c) Apresentar todos os cálculos necessários, incluindo a conversão das vazões de kJ/h para kW .
calorífico inferior (PCI) de
a) Calcular a eficiência térmica bruta da caldeira, definida como a razão entre a potência térmica útil (energia recebida pelo vapor) e a potência térmica fornecida pelo combustível.
b) b) Calcular a eficiência térmica líquida, considerando a potência consumida pelos auxiliares, subtraindo-a da potência útil antes de calcular a razão.
c) Apresentar todos os cálculos necessários, incluindo a conversão das vazões de kJ/h para kW .
Passo 1
O enunciado pede:
- (a) Calcular a eficiência térmica bruta da caldeira: razão entre a potência térmica útil (energia recebida pelo vapor) e a potência térmica fornecida pelo combustível.
- (b) Calcular a eficiência térmica líquida: subtrair a potência elétrica dos auxiliares da potência útil e então calcular a razão em relação à potência térmica do combustível.
- (c) Apresentar todos os cálculos, incluindo a conversão de vazões em
para .
Dados fornecidos (vou listar tudo para não nos perder):
Passo 2
Conceitos e fórmulas usadas (explicadinha passo-a-passo):
- Entalpia específica
é a energia por massa associada ao fluido; para gerar vapor a caldeira fornece a diferença de entalpia entre vapor e água de alimentação. A energia útil por hora é:
onde
é vazão de vapor em
,
e
em
.
- Energia fornecida pelo combustível por hora:
- Conversão de
para : . Então, para converter uma potência em para divide-se por :
- Eficiência térmica bruta:
- Eficiência térmica líquida (subtraindo potências dos auxiliares antes de formar a razão):
Observação prática: podemos fazer as razões tanto em
quanto em
porque a conversão por
cancela; mas para apresentar os valores em
mostramos as conversões.
Passo 3
Calcular a energia útil por hora (em
) e converter para
.
Diferença de entalpias:
Energia útil por hora:
Converter para
:
Passo 4
Calcular a potência térmica fornecida pelo combustível (em
e
).
Energia do combustível por hora:
Converter para
:
(mais direto:
).
Passo 5
Calcular a eficiência térmica bruta
.
Usando as potências em
:
Converter para percentual:
Passo 6
Calcular a eficiência térmica líquida
subtraindo a potência dos auxiliares.
Potência dos auxiliares já dada em
:
.
Potência útil líquida:
Eficiência líquida:
Converter para percentual:
Observação numérica alternativa (para ver que bate): converter
para
dá
. Subtraindo de
obtém-se
, e fazendo a razão com
dá exatamente
, same result.
Passo 7
Resumo final dos cálculos importantes (conversões explicitadas):
Resposta
(a)
(b)
(c) ,
,
(b)
(c)