Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, como óleo combustível ou madeira. Qual a energia necessária para geração de
de vapor superaquecido a 500 kPa e
, a partir da água líquida a
?
Passo 1
O enunciado pede: “Qual a energia necessária para gerar
de vapor superaquecido a
e
, a partir de água líquida a
?”\n
Informações fornecidas:
— vazão mássica de vapor final.\n
e
— condição do vapor superaquecido.\n
— condição da água líquida de entrada.\n
O objetivo é calcular a energia térmica necessária por hora (ou potência equivalente) para aquecer e vaporizar a água até o estado pedido.
Informações fornecidas:
O objetivo é calcular a energia térmica necessária por hora (ou potência equivalente) para aquecer e vaporizar a água até o estado pedido.
Passo 2
Conceito físico (aula rápida e prática): para gerar vapor com determinada massa, a energia térmica necessária por unidade de massa é a diferença entre a entalpia específica do vapor na condição final e a entalpia específica da água líquida inicial. Em fórmula:
onde:
é a energia necessária por quilograma de água (unidade:
),\n
é a entalpia específica do vapor na pressão e temperatura finais (unidade:
),\n
é a entalpia específica da água líquida à
(unidade:
).\n
Explicando entalpia: entalpia específica mede a energia interna mais o produto pressão×volume por massa — na prática, em calorímetros e caldeiras usamos
como “energia por kg” necessária para aquecer e vaporizar. Para vapor superaquecido usa-se tabela de vapor (steam tables) que dá
para cada
e
.
Explicando entalpia: entalpia específica
Passo 3
Como obter
e
: usamos tabelas termodinâmicas (steam tables). Vou indicar valores típicos arredondados a 3 dígitos significativos, retirados das tabelas de vapor para as condições dadas.\n
Valor retirado das tabelas:\n
(entalpia do vapor superaquecido a
e
).\n
(entalpia da água líquida à
, aproximada por
—
da água líquida
, dando
, arredondei para
).\n
Obs.: declarei explicitamente que peguei e
nas tabelas / aproximação; em prova normalmente você consulta a tabela para
.
Valor retirado das tabelas:\n
Obs.: declarei explicitamente que peguei
Passo 4
Calcular a energia por quilograma (a “carga térmica” específica):\n
Interpretação: cada quilograma de água precisa de
para passar de
líquido a vapor superaquecido nas condições dadas.
Passo 5
Converter para energia por hora usando a vazão mássica: massa horária
. A energia por hora é:
Fazendo a conta:
Também podemos escrever em megajoules por hora:
Passo 6
Converter energia por hora para potência (kW), porque potência é mais intuitiva para caldeiras. Lembre:
e
, logo para converter
em
divide-se por
:
Em megawatts:
Passo 7
Breve verificação e incentivo: o valor parece coerente (ordem de magnitude de MW para milhares de kg/h). Em prova, faça exatamente esses passos: (i) buscar
em tabela, (ii) calcular
, (iii) multiplicar pela vazão mássica e (iv) converter unidades, e escreva as unidades em cada passo para não se perder. Você está indo bem — respira e segue passo a passo.