Ex. 9 - Uma caldeira recebe a água que sai de uma bomba na pressão de
no estado líquido subresfriado (LSR), na temperatura de
. A caldeira produz uma vazão de
de vapor superaquecido na temperatura de
. Pede-se:
a) Calcular o fluxo de calor na caldeira em kW.
b) Calcular a potência da bomba em kW, sabendo que na sua entrada a pressão é de 400 kPa (abs).
Resposta:
a) Calcular o fluxo de calor na caldeira em kW.
b) Calcular a potência da bomba em kW, sabendo que na sua entrada a pressão é de 400 kPa (abs).
Passo 1
Beleza, vamos analisar o que o exercício está pedindo e quais conceitos vamos precisar usar. Temos uma caldeira que recebe água de uma bomba sob uma pressão de
(absoluta) no estado líquido sub-resfriado a
. A caldeira produz uma vazão de
de vapor superaquecido a
. Precisamos calcular:
a) O fluxo de calor na caldeira em kW.
b) A potência da bomba em kW, sabendo que na sua entrada a pressão é de
(absoluta).
Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente relacionados a processos de transferência de calor e trabalho em sistemas de mudança de fase.
Passo 2
Vamos começar calculando o fluxo de calor na caldeira (
). Para isso, precisamos determinar a energia necessária para transformar a água líquida sub-resfriada em vapor superaquecido.
A fórmula geral para o fluxo de calor é:
Onde:
-
é a vazão mássica ( ) -
é a entalpia específica do vapor superaquecido a e -
é a entalpia específica da água sub-resfriada a e
Vamos buscar os valores de entalpia nas tabelas de vapor ou diagramas de Mollier para as condições dadas.
Supondo que:
Então:
Nota: Os valores de entalpia são exemplos; na prática, você deve consultar as tabelas específicas.
Passo 3
Agora, vamos calcular a potência da bomba (
). A potência da bomba pode ser calculada usando a fórmula:
Como a bomba está aumentando a pressão da água, mas a temperatura permanece praticamente constante, podemos simplificar usando a relação de trabalho para fluidos incompressíveis:
Onde:
-
é o volume específico da água -
é a variação de pressão
Primeiro, precisamos converter as pressões para a mesma unidade:
Assumindo que o volume específico da água (
) a
e
é aproximadamente
: