Determine o diâmetro interno e a altura útil da chaminé de uma caldeira aquatubular que queima metano a uma taxa de
com
de excesso de ar. A temperatura do gás de combustão na base da chaminé é de
. A velocidade do gás requerida na chaminé é de
. A fornalha é mantida a uma pressão negativa de 20 Pa . Entre a fornalha e o exaustor foi instalado um préaquecedor de ar com arranjo alinhado e coeficiente de perda
, promovendo velocidade máxima de
na passagem entre tubos. O resto da tubulação, entre a fornalha e o exaustor, experimenta uma queda de pressão de 600 Pa . O exaustor, localizado justo antes da base da chaminé, eleva a pressão do gás de exaustão em 7
Passo 1
Beleza, então a gente tem uma chaminé de caldeira aquatubular que queima metano a 1200 kg/h (com 15 % de excesso de ar). No pé da chaminé o gás está a 250 °C e a gente quer que ele suba a 8 m/s. Tem um exaustor logo antes da chaminé, que dá um “tapa” de 7 mm de coluna d’água (≈ 70 Pa) de pressão. Entre a fornalha e o exaustor ainda rolam perdas: um pré-aquecedor com K = 5,65 (vem a ~12 m/s dentro dos tubos) e outros 600 Pa no resto da tubulação. A fornalha fica a -20 Pa em relação ao ambiente.
Conteúdo: mecânica dos fluidos (equação dos gases ideais para achar densidade, continuidade pra achar diâmetro, e equilíbrio de pressões + empuxo para achar altura útil). Você vai ver cada teoria rolando na resolução.
Conteúdo: mecânica dos fluidos (equação dos gases ideais para achar densidade, continuidade pra achar diâmetro, e equilíbrio de pressões + empuxo para achar altura útil). Você vai ver cada teoria rolando na resolução.
Passo 2
Calcular a vazão volumétrica de gás na base da chaminé:
- Transformar a vazão mássica em kg/s:
- Determinar o peso molecular médio
dos gases de combustão (usando reação estequiométrica + 15 % excesso de ar): dá cerca de . - Densidade do gás a 250 °C (
K) e :
- Vazão volumétrica
Passo 3
Aí uso a equação da continuidade pra achar o diâmetro interno da chaminé, sabendo que
e
:
Passo 4
Agora a altura útil da chaminé vem do empuxo natural que o gás quente sofre. A pressão fornecida pelo exaustor (70 Pa) vai equilibrar a diferença de pressão hidrostática entre o interior e o exterior da chaminé:
A densidade do ar ambiente a 25 °C (
K) é
Logo
Isolando
:
Resposta
Diâmetro interno da chaminé: 0,286 m
Altura útil da chaminé: 13,3 m
Altura útil da chaminé: 13,3 m