Questão 2) Na palestra proferida pelo Junio, este explicou sobre a caldeira de recuperação, objeto de estudo de seu mestrado. Em um determinado momento, o profissional afirmou que não é muito interessante que os gases de exaustão da caldeira de recuperação deixem o equipamento em temperaturas muito elevadas. Explique, detalhadamente, o porque essa temperatura de saída deve ser a menor possível, baseando-se nos conceitos de balanço de energia.
Passo 1
O enunciado aborda uma caldeira de recuperação de calor, onde gases quentes transferem energia para gerar vapor, e questiona a razão pela qual é vantajoso que a temperatura de saída dos gases,
, seja a mínima possível. O contexto envolve o balanço de energia (primeira lei da termodinâmica) aplicado ao equipamento, utilizando entalpias e capacidades caloríficas.
Passo 2
Escrevendo o balanço de energia para a caldeira de recuperação, supondo regime estacionário e desprezando trabalho e energia cinética e potencial, temos
onde
– é a vazão mássica dos gases;
– e
são as entalpias na entrada e saída dos gases;
– e
são a vazão mássica e entalpia do vapor gerado;
– são perdas térmicas para o ambiente.
–
–
–
–
Passo 3
O calor efetivamente recuperado pela caldeira é
Como, para gases aproximadamente ideais, a entalpia varia com a temperatura pela relação
fica claro que, quanto menor for
, maior será a diferença entálpica
e, portanto, maior o calor
que vai para o vapor.
Passo 4
Recuperar mais calor dos gases significa:
– Aumentar a produção de vapor por unidade de combustível, elevando a eficiência térmica da planta;
– Reduzir as perdas de energia sensível que saem com os gases quentes para a chaminé;
– Diminuir custos de combustível e emissões, pois menos energia útil se desperdiça.
– Aumentar a produção de vapor por unidade de combustível, elevando a eficiência térmica da planta;
– Reduzir as perdas de energia sensível que saem com os gases quentes para a chaminé;
– Diminuir custos de combustível e emissões, pois menos energia útil se desperdiça.
Passo 5
Em suma, pela equação de balanço de energia, menores temperaturas de saída dos gases implicam em maior transferência de calor para a geração de vapor e menores perdas térmicas ao ambiente, maximizando a eficiência da caldeira de recuperação.
Resposta
A temperatura de saída dos gases deve ser a menor possível porque, segundo o balanço de energia, isso maximiza a diferença de entalpia entre entrada e saída (
), eleva o calor recuperado para geração de vapor e reduz perdas térmicas, garantindo maior eficiência e menor consumo de combustível.