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. Os produtos de combustão passam da fornalha para uma chaminé a 650^circ C. A água entra na caldeira como líquido a 20^circ C e sai como vapor saturado a 20 bar (absoluto).
use as tabelas de vapor para estimar a vazão volumétrica do vapor produzido. [Resp.:69,7 m^3 / h ]

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que o exercício pede e o que a gente vai usar.
Enunciado resumido: um óleo gera 813 kW de calor na fornalha, mas só 65 % disso (ou seja, 0,65·813 kW) vai mesmo para aquecer água na caldeira. A água entra líquida a 20 °C e sai vapor saturado a 20 bar (absoluto). A gente quer achar a vazão volumétrica de vapor (m³/h) usando tabelas de vapor.
Conteúdo: termodinâmica (balanço de energia), entalpia, tabelas de vapor e volume específico.
O que precisamos:
  1. Calcular o calor útil transferido pela caldeira.
  2. Pegar nas tabelas de vapor a entalpia do líquido a 20 °C e do vapor saturado a 20 bar.
  3. Fazer balanço para achar a vazão mássica de vapor.
  4. Usar volume específico do vapor a 20 bar para obter a vazão volumétrica.

Passo 2

Primeiro a gente acha o calor que realmente entrou na água. Como só 65 % dos 813 kW são aproveitados:
Q = 0,65 times 813 kW = 528,45 kW
Isso significa 528,45 kJ de calor por segundo chegando na água.

Passo 3

Agora precisamos da variação de entalpia da água para virar vapor. A gente usa as tabelas:
  • Estado 1 (líquido a 20 °C): como é líquido comprimido a 20 °C, aproximamos pela entalpia de líquido saturado a 20 °C: h1 approx hf(20,^circ C)approx 84 kJ/kg
  • Estado 2 (vapor saturado a 20 bar): da tabela de vapor saturado a 20 bar temos h2 = hg(20 bar) approx 2792,2 kJ/kg
Logo, o calor necessário por kg de água é
De

Passo 4

Com isso, a vazão mássica de vapor dot m = QDe sai do balanço

Passo 5

Para virar vazão volumétrica, usamos o volume específico do vapor saturado a 20 bar. Da tabela:
vg(20 bar) approx 0,09963 m^3/kg
Então a vazão volumétrica instantânea é
dot V = dot m , vg = 0,1951 kg/s times 0,09963 m^3/kg approx 0,01945 m^3/s

Passo 6

Por fim, convertemos m³/s para m³/h multiplicando por 3600 s/h:
dot Vh = 0,01945 m^3s times 3600 sh approx 70,0 m^3/h

Resposta

A vazão volumétrica de vapor produzida na caldeira é aproximadamente 69,7 m³/h.

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