Uma caldeira (equipamento utilizado para gerar vapor) recebe água a
e produz
água saturada (líquido e vapor), a 16 bar e com qualidade do vapor
. Na sequência, apenas o vapor saturado (sem líquido) sai da caldeira e entra em um trocador de calor, onde é aquecido (vapor superaquecido) até
mantendo a pressão constante de 16 bar. Determine:
a. O calor fornecido por hora pela caldeira,
, para produzir o vapor;
b. O calor transferido por hora no trocador de calor,
.
Dados adicionais (caso achem pertinente para a solução do problema): a capacidade calorífica a pressão constante da água líquida pode ser considerada igual
e a capacidade calorífica a pressão constante do vapor
a. O calor fornecido por hora pela caldeira,
b. O calor transferido por hora no trocador de calor,
Dados adicionais (caso achem pertinente para a solução do problema): a capacidade calorífica a pressão constante da água líquida pode ser considerada igual
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre uma caldeira que transforma água a 30°C em vapor saturado a 16 bar com 90% de vapor. Depois, esse vapor é aquecido mais, ficando superaquecido a 380°C. Vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, como entalpia e capacidade calorífica. Vamos calcular duas coisas:
a. O calor fornecido pela caldeira para produzir o vapor.
b. O calor transferido no trocador de calor quando o vapor é aquecido.
a. O calor fornecido pela caldeira para produzir o vapor.
b. O calor transferido no trocador de calor quando o vapor é aquecido.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa água saturada com qualidade de vapor de 90%. Qualidade de vapor (
) indica a fração da massa que é vapor. Então, se
, isso significa que 90% da massa é vapor e 10% é líquido.
Passo 3
A caldeira recebe 1000 kg/h de água a 30°C. Precisamos calcular o calor que essa água recebe para chegar à mistura de vapor e líquido a 16 bar com
. Para isso, usamos a fórmula:
Onde:
-
é a massa (1000 kg/h), -
é a entalpia do líquido saturado a 16 bar, -
é a entalpia de vaporização a 16 bar, -
é a entalpia da água a 30°C.
Passo 4
Primeiro, vamos encontrar
. Usando a capacidade calorífica do líquido (
):
Mas precisamos saber
a 16 bar. Consultando tabelas de vapor, a temperatura saturada a 16 bar é aproximadamente 196°C.
Então,
Passo 5
Agora, precisamos dos valores de
e
a 16 bar. Supondo que:
-
, -
.
Então,
Passo 6
Agora, substituímos na fórmula do calor fornecido pela caldeira:
Passo 7
Passando para a parte b, vamos calcular o calor transferido no trocador de calor (
) quando o vapor é aquecido de 196°C a 380°C mantendo a pressão constante de 16 bar. Usamos a capacidade calorífica do vapor (
).
A fórmula é:
Onde:
-
, -
.
Passo 8
Substituindo os valores:
Resposta
a. O calor fornecido pela caldeira é
.
b. O calor transferido no trocador de calor é
.