Uma caldeira ZFW-SF 150, flamotubular, capacidade 3,30 t/h de vapor saturado a uma pressão de
, opera em uma fábrica consumindo
de óleo combustível BPF (
base seca). A temperatura do combustível e ar que entra na câmara de combustão é
. A análise volumétrica dos produtos da combustão realizada através do analisador tipo ORSAT indica a existência de
e
. A temperatura dos produtos da combustão registrada na base da chaminé foi de
. Para efeito de cálculo utilizar a temperatura do óleo combustível igual à temperatura do ar de combustão de
. A temperatura ambiente é
e umidade relativa do ar atmosférico de
. A temperatura da água de alimentação é
.
A partir dos dados sobre a composição elementar do combustível
,
e
. Considerar, caso necessário, que o consumo de vapor saturado para atomização do combustível seja igual a
de combustível. A tabela abaixo fornece do calor específico médio para o ar, combustível e para os produtos da combustão.
A partir dos dados sobre a composição elementar do combustível
Valores médios | Ar | Combustível | Produtos da <br> Combustão |
---|---|---|---|
Calor específico
|
1,33 | 1,90 | 1,60 |
obtenha:
b) Volume de ar estequiométrico seco
b) Volume de ar estequiométrico seco
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos uma caldeira que consome óleo combustível e queremos descobrir qual é o volume de ar estequiométrico seco necessário para a combustão desse óleo. Isso envolve entender como calcular a quantidade de ar ideal para queimar completamente o combustível, sem excesso ou falta de oxigênio. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de estequiometria de combustão e cálculos com base na composição do combustível.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é ar estequiométrico. Esse é o volume de ar necessário para queimar completamente uma quantidade específica de combustível, sem deixar oxigênio ou combustível não reagido. Para encontrar esse valor, precisamos saber a composição elementar do combustível, que neste caso é fornecida na questão:
- Carbono ©: 83%
- Hidrogênio (H): 10,4%
- Enxofre (S): 2,80%
- Oxigênio (O): 0,50%
- Nitrogênio (N): 0,3%
- Outros (W + A): 3% + 8% = 11%
Passo 3
Vamos considerar que os “Outros” (W e A) não participam da combustão e focar apenas nos elementos que reagem, ou seja, C, H, S e O. Abaixo, ajustamos a composição considerando apenas esses elementos:
- C: 83%
- H: 10,4%
- S: 2,80%
- O: 0,50%
Agora, vamos supor que temos 100 kg de combustível para facilitar os cálculos.
Passo 4
Calculamos a quantidade de cada elemento presente nesses 100 kg de combustível:
- Carbono: 83 kg
- Hidrogênio: 10,4 kg
- Enxofre: 2,80 kg
- Oxigênio: 0,50 kg
Passo 5
Agora, vamos calcular a quantidade de oxigênio necessário para queimar completamente cada um desses elementos:
-
Carbono ©:
- A reação é: $ C + O_2 \rightarrow CO_2 $
- Cada mol de C precisa de 1 mol de O₂.
- Massa molar de C = 12 g/mol, de O₂ = 32 g/mol.
- Então, para 83 kg de C:
-
Hidrogênio (H):
- A reação é: $ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O $
- Cada 2 mols de H₂ precisam de 1 mol de O₂.
- Massa molar de H₂ = 2 g/mol, de O₂ = 32 g/mol.
- Para 10,400 g de H:
-
Enxofre (S):
- A reação é: $ S + O_2 \rightarrow SO_2 $
- Cada mol de S precisa de 1 mol de O₂.
- Massa molar de S = 32 g/mol, de O₂ = 32 g/mol.
- Para 2,800 g de S:
-
Oxigênio (O):
- O oxigênio presente no combustível já contribui para a combustão, diminuindo a necessidade de O₂ externo.
- Para 0,50 kg de O, basta converter para mols:
- Cada mol de O reduziu a necessidade de 0.5 mol de O₂:
(Na verdade, a presença de O no combustível reduz a necessidade de O₂, mas para simplificar, consideramos a redução proporcional na quantidade total de O₂ necessária.)
Passo 6
Agora, somamos todo o oxigênio necessário para a combustão:
E subtraímos o oxigênio que já está no combustível:
Passo 7
Sabemos que o ar atmosférico é composto aproximadamente por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio. Para encontrar o volume de ar estequiométrico seco, usamos a relação:
Portanto:
Passo 8
Para converter a massa de ar para volume, precisamos usar a densidade do ar. A densidade do ar a condições padrão é de aproximadamente 1.225 kg/m³, mas como a temperatura e a pressão podem variar, e considerando que a temperatura ambiente é 30°C e alta umidade, podemos ajustar a densidade para cerca de 1.18 kg/m³.
Resposta
O volume de ar estequiométrico seco necessário para a combustão do óleo combustível é aproximadamente 1.175 m³.