(Felder, p. 357, q. 28) Um óleo combustível é queimado com ar em uma caldeira. A combustão produz 813 kW de energia térmica,
da qual é transferida como calor aos tubos da caldeira que passam através da fornalha. Os produtos de combustão passam da fornalha para uma chaminé a
. A água entra na caldeira como líquido a
e sai como vapor saturado a 20 bar (absoluto).
a) Calcule a taxa (kg/h) de produção de vapor. R:
.
b) Use as tabelas de vapor para estimar a vazão volumétrica do vapor produzido.
.
c) Repita o cálculo da Parte (b), mas admitindo comportamento de gás ideal em vez de usar as tabelas de vapor. Você confiaria mais na estimativa da Parte (b) ou da Parte (c)? Explique. R:
. A discussão adicional fica por conta do (a) discente.
a) Calcule a taxa (kg/h) de produção de vapor. R:
b) Use as tabelas de vapor para estimar a vazão volumétrica do vapor produzido.
c) Repita o cálculo da Parte (b), mas admitindo comportamento de gás ideal em vez de usar as tabelas de vapor. Você confiaria mais na estimativa da Parte (b) ou da Parte (c)? Explique. R:
Passo 1
O enunciado diz que a combustão gera
, dos quais
é transferido como calor útil à água na caldeira. A água entra líquida a
e sai vapor saturado a
. Para resolver precisamos:
– Encontrar .
– Obter de tabelas de vapor a entalpia da água líquida a ,
, e a entalpia do vapor saturado a
,
.
– Fazer balanço de energia para achar
.
– Usar o volume específico do vapor saturado a ,
, para obter a vazão volumétrica
.
– Repetir supondo vapor ideal:
com
e
em Kelvin.
– Encontrar
– Obter de tabelas de vapor a entalpia da água líquida a
– Fazer balanço de energia
– Usar o volume específico do vapor saturado a
– Repetir
Passo 2
Calculemos o calor útil e a vazão mássica de vapor.
Das tabelas de vapor:
Então
Convertendo para
:
Passo 3
Para a vazão volumétrica com tabelas, usamos o volume específico do vapor saturado a
:
Logo
Passo 4
Supondo vapor ideal, o volume específico é
com
,
(temperatura de saturação a 20 bar) e
.
Passo 5
O vapor saturado se afasta do comportamento de gás ideal principalmente perto da pressão de saturação, logo a vazão volumétrica baseada em tabelas (
) é mais confiável que a estimativa de gás ideal (
).
Resposta
a)
b)
c) ; a estimativa com tabelas é mais confiável.
b)
c)