Um óleo combustível é queimado com ar em uma caldeira. A combustão produz 813 kW de energia térmica, 65 % da qual é transferida como calor aos tubos da caldeira que passam através da fornalha. Água líquida entra nos tubos da caldeira a 20^circ C e sai como vapor saturado a 20 bar (absoluto). Os produtos de combustão passam da fornalha para uma chaminé a 650^circ C.
Calcule a taxa (kg/h) de produção de vapor na caldeira.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que a gente queima óleo e gera 813 kW de calor, dos quais 65 % vão pro fluido dentro dos tubos da caldeira. A água entra a 20 °C e sai como vapor saturado a 20 bar. A bronca é descobrir quantos quilos de vapor por hora a gente produz.
Conteúdo: termodinâmica de fluxo estacionário (balanço de energia em caldeira) e uso de tabelas de vapor (entalpias). A gente vai precisar do calor útil que chega na água, da variação de entalpia (Δh) entre água líquida e vapor saturado, e depois fazer Q = m·Δh.

Passo 2

Primeiro, qual é o calor que realmente chega na água? É 65 % de 813 kW:
Qrm útil = 0,65 times 813;kW = 528,45;kW ú

Passo 3

Agora o balanço de energia para fluxo estacionário (desprezando variação de energia cinética e potencial) diz que
Qrm útil = dot m ;Deú
onde é a vazão mássica (kg/s) e í.

Passo 4

A gente consulta a tabela de vapor:
  • Á água líquida a 20 °C (pressão ambiente) atribui-se De.
  • Ao vapor saturado a 20 bar, .
    Logo,

Passo 5

Despejando tudo em Q = m·Δh, mas lembrando que Q está em kW (kJ/s):
dot m = Qrm útilDeú

Passo 6

Como pediram kg por hora, é só multiplicar por 3600 s:
dot mrm h = 0,1935;kgstimes3600;sh approx 696,6;kg/h

Resposta

A caldeira produz aproximadamente 697 kg de vapor saturado por hora.

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