Um estudo de dispersão de gases de chaminé, para caldeira que exala 90.000 kg / h de produtos de combustão a 230^circ C, determinou uma altura de chaminé de 65 metros e velocidade de saída de 18 m / s. Nesta condição, determine o efeito líquido da presença da chaminé na perda de carga do circuito de gases da caldeira. Suponha chaminé de aço e propriedades do ar.

Passo 1

O enunciado mostra um fluxo de gases de combustão de dot m = 90,000;kg/h a uma temperatura interna de 230^circC, escoando por uma chaminé de H=65;m e velocidade de saída V=18;m/s. Queremos estimar o “empuxo” natural que a coluna quente de gás produz (efeito chaminé) e subtrair a perda de carga por atrito na chaminé, chegando ao efeito líquido sobre a perda de carga do circuito de gases.

Passo 2

Calculamos a densidade do gás de combustão dentro da chaminé e a densidade do ar ambiente. Tomando o ar como gás ideal:
Tint = 230^circC = 503;K, Tamb = 20^circC = 293;K
A densidade do ar a 273;K e 1;atm é rho273=1,293;kg/m^3. Então
rhoint = rho273,273503 approx 1,293;273503 approx 0,702;kg/m^3,
rhoamb = rho273,273293 approx 1,293;273293 approx 1,204;kg/m^3

Passo 3

O empuxo (diferença de pressão estática) gerado pela coluna de altura H é
De<a pempuxo = (rhoamb - rhoint),g,H = (1,204 - 0,702)times 9,81times 65 approx 320;Pa

Passo 4

Para calcular a perda de carga por atrito precisamos saber o diâmetro da chaminé. Primeiro obtemos o vazão volumétrica:
dot m = 90,000;kg/h = 25;kg/s, Q = dot mrhoint approx 250,702 approx 35,6;m^3/s
Como V=18;m/s, a área da seção é
A = QV approx 35,618 approx 1,98;m^2,
D = raiz4Api approx 1,59;m

Passo 5

Assumindo regime turbulento plenamente desenvolvido numa chaminé de aço, tomamos um coeficiente de atrito típico f=0,02. A perda de carga por atrito (em pressão) é
De<a patrito = f,LD,rhoint,V^22 = 0,02;651,59;0,702times 18^22 approx 93;Pa

Passo 6

O efeito líquido da chaminé sobre o circuito de gases é a diferença entre o empuxo e a perda por atrito:
De<a plíquido = De<a pempuxo - De<a patrito approx 320 - 93 = 227;Pa í
Em termos de carga de gás isso equivale a
hlíquido = De<a plíquidorhoint,g approx 2270,702times 9,81 approx 33;m de gás ííá

Resposta

O efeito líquido da chaminé reduz a perda de carga do circuito em cerca de 227;Pa, ou aproximadamente 33;m de coluna de gás.

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