Uma caldeira usa carvão como combustivel. O carvão tem composição mássica de
de carbono,
de hidrogênio,
de enxofre,
de oxigênio,
de compostos inorgânicos (cinzas) e o restante de umidade. A caldeira produz
de vapor a 180 bar e
, com eficiência de
. A temperatura de saída dos produtos de combustão pela chaminé e das cinzas/escórias é de
, sendo que o analisador de gases mostrou que os produtos de combustão contêm
de dióxido de carbono,
de monóxido de carbono e
de oxigênio e o laboratório químico informou que as cinzas contêm
de carbono em sua composição. A caldeira recebe a água de alimentação na temperatura de
. Sabe-se do local de instalação da caldeira que a temperatura ambiente média anual é de
e que a umidade relativa média anual é de
. Pede-se: O consumo horário do combustível e o balanço térmico da caldeira. Para os cálculos considere que os gases saem a pressão atmosférica, o Cp médio do vapor (
) de
; o Cp médio dos gases de exaustão (
) de
; a entalpia da água superaquecida nos gases de exaustão de
; a entalpia da água de
e a umidade absoluta de
seco. (Dado:
)
Passo 1
O enunciado pede o consumo horário de carvão e o balanço térmico de uma caldeira que produz
de vapor a
bar e
, eficiência de
. Vamos precisar de
- volume específico do vapor superaquecido (retirado de tabela:
a 180 bar e ), - Cp médio do vapor
, - entalpia da água de alimentação (a
) , - análise elementar do carvão para achar o PCI (fórmula de Dulong),
- balanço de ar e cálculo de excesso de ar (pelos
de residual no gás) e - Cp médio dos gases de exaustão
, entalpia de vaporização da umidade , umidade do ar de combustão e temperatura de chaminé .
Passo 2
Calculamos a vazão mássica de vapor:
A energia útil por hora disponível no vapor (ignorando a entalpia de saturação a
, pois temos a água de alimentação a
com
, mas vamos usar Cp aproximado desde
até
):
Passo 3
A partir da eficiência
, a energia térmica que deve entrar na caldeira é
Passo 4
Calculamos o poder calorífico inferior (PCI) do carvão pela fórmula de Dulong em
:
com
,
,
,
(frações mássicas):
Passo 5
O consumo de combustível por hora é
Passo 6
Fazemos agora o balanço térmico por kg de carvão. Entradas e saídas de massa por kg de combustível:
- combustível:
, com
de umidade de água, - ar teórico: calculo rápido do O
estequiométrico , ar estequiométrico , excesso de ar obtido de no gás , logo ar efetivo , - umidade do ar (a
, UR 65%, umidade absoluta ) de vapor, - água formada pela combustão do hidrogênio: .
Total de água no gás de combustão:
Total de gases secos por kg carvão (
, desprezando CO em massa pequena):
Total gás seco
. Gás total = secos
vapor
Passo 7
Perdas sensíveis no gás de exaustão (de
a
), com
:
Passo 8
Perda pela vaporização da umidade total
(entalpia
):
Passo 9
Perda por cinzas à
: massa de cinzas inorgânicas
do carvão
.
Passo 10
Perda química por carbono não queimado nas cinzas (
de carbono nelas):
Passo 11
As perdas conhecidas por kg de carvão são:
O PCI é
, a energia útil por kg é
. A soma útil +\ perdas conhecidas é
logo a diferença
é atribuída a radiação e outras pequenas perdas.
Resposta
Consumo de carvão
Balanço térmico por kg de carvão (em
):
Onde a soma das perdas mais a parte útil fecha com o PCI.