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. Água líquida entra nos tubos da caldeira a e sai como vapor saturado a 20 bar (absoluto). Os produtos de combustão passam da fornalha para uma chaminé a .
a) Calcule a taxa ( ) de produção de vapor na caldeira. ( )
b) Use as tabelas de vapor para estimar a vazão volumétrica do vapor produzido. ( )
c) Repita o cálculo do item (b), 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. ( )
d) O que acontece com os da energia térmica liberada pela combustão que não são usados para produzir vapor?

Passo 1

O enunciado diz que a caldeira gera ,kW de energia térmica na combustão, dos quais chegam aos tubos, onde água líquida a é aquecida até vapor saturado a ,bar. Pede‐se:
  • (a) taxa de produção de vapor ,
  • (b) vazão volumétrica do vapor usando tabelas ,
  • (c) mesma vazão supondo gás ideal e julgar qual estimativa é mais confiável,
  • (d) destino dos de energia não aproveitados para a água.

Passo 2

Calculemos a potência útil que aquece a água:
ú

Passo 3

Pela tabela de vapor saturado:
O calor absorvido por kg de água é

Passo 4

A vazão mássica de vapor é
ú
Convertendo para :

Passo 5

Pela tabela, o volume específico do vapor saturado a ,bar é
Logo a vazão volumétrica é
em :

Passo 6

Supondo vapor ideal em ,K e ,bar ,kPa, com ,kJ/(k ):
Assim
ou em :

Passo 7

A estimativa com tabelas ( ) é mais confiável, pois o vapor real em saturado a alta pressão distancia-se do comportamento ideal (há efeitos de compressibilidade e proximidade da curva de saturação).

Passo 8

Os restantes de energia são perdidos nos gases de exaustão (calor sensível do ar e dos produtos de combustão que saem a ), em radiação e convecção na fornalha e em perdas de distribuição da caldeira.

Resposta

(a) ( ).
(b) .
(c) ; a estimativa de (b) é mais confiável.
(d) Os são perdidos nos gases de exaustão e em radiação/convecção da fornalha.

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