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, T_{\text{saída}}í, 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
\dot m_g\,h_{\text{in}} = \dot m_v\,h_v + \dot m_g\,h_{\text{out}} + \dot Q_{\text{perdas}},
onde
\dot m_g é a vazão mássica dos gases;
h_{\text{in}} e h_{\text{out}} são as entalpias na entrada e saída dos gases;
\dot m_v e h_v são a vazão mássica e entalpia do vapor gerado;
\dot Q_{\text{perdas}} são perdas térmicas para o ambiente.

Passo 3

O calor efetivamente recuperado pela caldeira é
\dot Q_{\text{rec}} = \dot m_v\,h_v = \dot m_g\,(h_{\text{in}} - h_{\text{out}}) - \dot Q_{\text{perdas}}.
Como, para gases aproximadamente ideais, a entalpia varia com a temperatura pela relação
h_{\text{in}} - h_{\text{out}} \approx c_p\,(T_{\text{in}} - T_{\text{out}}),
fica claro que, quanto menor for T_{\text{out}}, maior será a diferença entálpica h_{\text{in}}-h_{\text{out}} e, portanto, maior o calor \dot Q_{\text{rec}} 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.

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 ( h_{\text{in}}-h_{\text{out}}), eleva o calor recuperado para geração de vapor e reduz perdas térmicas, garantindo maior eficiência e menor consumo de combustível.

Exercícios relacionados