Utilizando dados de eficiência, vazão de combustível e PCI extraídas do catálogo abaixo, calcule:
A) A capacidade térmica (kcal/h)
B) A produção de vapor para diferentes temperaturas de água de alimentação (kg/h).
C) Compare com os dados fornecidos no catálogo.
Modelo
FAM 8
FAM 10
FAM 12
FAM 15
FAM 17
FAM 20
FAM 22
FAM 24
Caracteristicas técnicas nominais
Produção de vapor (água a
)
8.000
10.000
12.000
15.000
17.000
20.000
22.000
24.000
Produção de vapor (água a
)
8.800
11.000
13.200
16.500
18.700
22.000
24.200
26.400
Produçąo da vapor (água a
)
kg/h
9.200
11.500
13.800
17.250
19.550
23.000
25.300
27.600
Capacidade Térmica
kcal/h
5.153.302
6,441.628
7.729.953
9.662.442
10,950,767
12.883 .256
14.171.581
15,459,907
Pressăo de operação
psig
153
153
153
153
153
153
153
153
Rendimento (lenha em toras/cavaco)
%
87788
87 / 88
87 / 88
87 / 88
87 / 88
87 / 88
87 / 88
Consumo de lenha (
)
2.118
2.692
3.231
4.039
4.577
5.385
5.923
6.462
Consumo de cavaco (
)
2.130
2.662
3.194
3.993
4.525
5.324
13,0/15,0
13,0/15,0
Temperatura de saida dos gases
180
180
180
180
180
180
5.856
6.383
Teor de CO2 nos gases (lenha/cavaco)
%
13,0/15,0
13,0/15,0
13,0/15,0
13,0/15,0
13,0/15,0
13,0/15,0
180
180
Superficie de aquecimento
278
340
422
503
560
686
826
948
Taxa de evaporação
29
29
28
30
30
29
27
25
Volume de água em operação
14,2
17,5
20,7
24,2
25,2
29.6
30,6
31,9
Volume de água com a caldeira cheia
16,3
20,3
23,8
27.5
29,6
34,3
35,5
34.5
Dimensöes principais
Comprimento
mm
5.960
6.200
7.000
7.100
7.500
7.900
8.000
8.000
Largura
mm
4.000
4.100
4.400
4.800
4.800
5.000
5.000
5.000
Altura
mm
4.150
4.400
4.500
4.700
4.700
4.800
4.800
4.800
Diàmetro X Altura da chaminé
925x12,0
1,160x12,0
Peso vazia
ton
16,0
20.4
24.3
28.0
30,7
34,4
36,4
37,6
Peso em operação
ton
30,9
37,9
45,0
52.2
55,9
64,0
67,0
69,5
A) A capacidade térmica (kcal/h)
B) A produção de vapor para diferentes temperaturas de água de alimentação (kg/h).
C) Compare com os dados fornecidos no catálogo.
| Modelo | FAM 8 | FAM 10 | FAM 12 | FAM 15 | FAM 17 | FAM 20 | FAM 22 | FAM 24 | |
| Caracteristicas técnicas nominais | |||||||||
| Produção de vapor (água a
|
|
8.000 | 10.000 | 12.000 | 15.000 | 17.000 | 20.000 | 22.000 | 24.000 |
| Produção de vapor (água a
|
|
8.800 | 11.000 | 13.200 | 16.500 | 18.700 | 22.000 | 24.200 | 26.400 |
| Produçąo da vapor (água a
|
kg/h | 9.200 | 11.500 | 13.800 | 17.250 | 19.550 | 23.000 | 25.300 | 27.600 |
| Capacidade Térmica | kcal/h | 5.153.302 | 6,441.628 | 7.729.953 | 9.662.442 | 10,950,767 | 12.883 .256 | 14.171.581 | 15,459,907 |
| Pressăo de operação | psig | 153 | 153 | 153 | 153 | 153 | 153 | 153 | 153 |
| Rendimento (lenha em toras/cavaco) | % |
|
87788 | 87 / 88 | 87 / 88 | 87 / 88 | 87 / 88 | 87 / 88 | 87 / 88 |
| Consumo de lenha (
|
|
2.118 | 2.692 | 3.231 | 4.039 | 4.577 | 5.385 | 5.923 | 6.462 |
| Consumo de cavaco (
|
|
2.130 | 2.662 | 3.194 | 3.993 | 4.525 | 5.324 | 13,0/15,0 | 13,0/15,0 |
| Temperatura de saida dos gases |
|
180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 5.856 | 6.383 |
| Teor de CO2 nos gases (lenha/cavaco) | % | 13,0/15,0 | 13,0/15,0 | 13,0/15,0 | 13,0/15,0 | 13,0/15,0 | 13,0/15,0 | 180 | 180 |
| Superficie de aquecimento |
|
278 | 340 | 422 | 503 | 560 | 686 | 826 | 948 |
| Taxa de evaporação |
|
29 | 29 | 28 | 30 | 30 | 29 | 27 | 25 |
| Volume de água em operação |
|
14,2 | 17,5 | 20,7 | 24,2 | 25,2 | 29.6 | 30,6 | 31,9 |
| Volume de água com a caldeira cheia |
|
16,3 | 20,3 | 23,8 | 27.5 | 29,6 | 34,3 | 35,5 | 34.5 |
| Dimensöes principais | |||||||||
| Comprimento | mm | 5.960 | 6.200 | 7.000 | 7.100 | 7.500 | 7.900 | 8.000 | 8.000 |
| Largura | mm | 4.000 | 4.100 | 4.400 | 4.800 | 4.800 | 5.000 | 5.000 | 5.000 |
| Altura | mm | 4.150 | 4.400 | 4.500 | 4.700 | 4.700 | 4.800 | 4.800 | 4.800 |
| Diàmetro X Altura da chaminé |
|
925x12,0 |
|
1,160x12,0 |
|
|
|
|
|
| Peso vazia | ton | 16,0 | 20.4 | 24.3 | 28.0 | 30,7 | 34,4 | 36,4 | 37,6 |
| Peso em operação | ton | 30,9 | 37,9 | 45,0 | 52.2 | 55,9 | 64,0 | 67,0 | 69,5 |
Passo 1
O enunciado pede três coisas:
A) Calcular a capacidade térmica (kcal/h) a partir dos dados de consumo de combustível, PCI e rendimento do catálogo.
B) Calcular a produção de vapor (kg/h) para diferentes temperaturas da água de alimentação (especificamente os casos de ,
e
).
C) Comparar os valores calculados com os dados de produção de vapor e capacidade térmica fornecidos no catálogo.
A) Calcular a capacidade térmica (kcal/h) a partir dos dados de consumo de combustível, PCI e rendimento do catálogo.
B) Calcular a produção de vapor (kg/h) para diferentes temperaturas da água de alimentação (especificamente os casos de
C) Comparar os valores calculados com os dados de produção de vapor e capacidade térmica fornecidos no catálogo.
Dados extraídos explicitamente do catálogo (estou usando exatamente os números da tabela que você forneceu):
Consumos de lenha (linha “Consumo de lenha (PCI=2750 kcal/kg)”), em
: para os modelos
Também extraí do catálogo os valores nominais de produção de vapor para comparação (água a
,
e
) e a “Capacidade Térmica” mostrada na tabela para confirmar a coerência.
Observação: alguns campos na linha “Consumo de cavaco” estão com valores estranhos para os maiores modelos na tabela fornecida; por isso, para consistência usei os consumos de lenha (linha limpa) e o rendimento indicado para lenha (
) para os cálculos principais. Quando pertinente, comento a opção cavaco (
).
Passo 2
Fórmula e conceito para a Capacidade Térmica:
A ideia é simples: o combustível entrega uma energia bruta por hora igual a
A ideia é simples: o combustível entrega uma energia bruta por hora igual a
onde
é o consumo de combustível em
e
em
. Parte dessa energia é perdida; a parte útil (capacidade térmica entregue à caldeira) é
onde
é o rendimento (por ex.
para lenha). Isso nos dá a capacidade térmica em
.
Vou mostrar o cálculo completo para o primeiro modelo (FAM 8) passo a passo e depois aplicar a mesma fórmula aos demais modelos.
Exemplo FAM 8:
Energia bruta por hora:
Energia útil (capacidade térmica):
Agora aplico a mesma fórmula a todos os modelos (usando sempre
e
para lenha). Cálculos diretos:
Explicação didática curta: multiplicar consumo por PCI dá energia total disponível; multiplicar por rendimento dá a energia realmente aproveitada pela caldeira.]
Passo 3
Como calcular a produção de vapor (kg/h) a partir da capacidade térmica:
Para gerar de vapor saturado à pressão de trabalho da caldeira precisamos fornecer a energia
Para gerar
onde
é a entalpia do vapor saturado (kcal/kg) na pressão de operação e
é a entalpia da água de alimentação (kcal/kg) na sua temperatura inicial. Então a vazão de vapor é
Escolhas e aproximações usadas (explico por quê):
- A pressão de operação dada no catálogo é
. Isso corresponde a cerca de (pressão absoluta) (abs). Para essa pressão a temperatura de saturação e as entalpias de vapor/água saturada resultam em valores de entalpia que usei por aproximação prática nas unidades kcal/kg: - entalpia do vapor saturado:
(este valor equivale a para a pressão ~11{,}5 bar; justifiquei isso com interpolação prática em tabelas de vapor).
- entalpia do vapor saturado:
- Para a água de alimentação uso a aproximação razoável
em kcal/kg (porque a capacidade calorífica da água líquida é aproximadamente e tomamos referência zero em ). Assim: - Portanto as energias específicas necessárias por kg de vapor são (usando
):
Essas aproximações são as usadas rotineiramente para estimativas de engenharia em caldeiras (valores exatos mudariam pouco e não alterariam o resultado final mais do que alguns por cento).]
Passo 4
Cálculo efetivo da produção de vapor para cada modelo e cada temperatura de alimentação, usando
.
Usando os
calculados no Passo 2:
FAM 8 (
):
FAM 10 (
):
FAM 12 (
):
FAM 15 (
):
FAM 17 (
):
FAM 20 (
):
FAM 22 (
):
FAM 24 (
):
Passo 5
Comparação com os dados do catálogo (interpretação e conclusão):
- O catálogo lista (por exemplo para FAM 8) produção de vapor de
(água a ), ( ) e ( ).
Nossos cálculos deram, e respectivamente — diferenças pequenas, tipicamente por arredondamentos e por aproximações da entalpia do vapor usadas (e por pequenas diferenças se o catálogo usou rendimento de em vez de ou entalpias ligeiramente distintas). - Para todos os modelos a capacidade térmica calculada com
e coincide muito de perto com os números de “Capacidade Térmica” do catálogo (diferenças de algumas centenas a poucos milhares de kcal/h, ou fração de 1% a 2%); isso indica que o catálogo usou basicamente a mesma fórmula (consumo PCI rendimento) e arredondamentos similares. - As pequenas diferenças entre nossos valores de produção de vapor e os do catálogo (tipicamente
) podem ser explicadas por: - uso de valores mais precisos de entalpia do vapor saturado pelo fabricante (nós usamos um valor arredondado
), - arredondamentos no catálogo,
- possível uso do rendimento de cavaco (
) em algumas linhas em vez do rendimento de lenha ( ), ou pequenas variações de PCI assumidas pelo fabricante.
- uso de valores mais precisos de entalpia do vapor saturado pelo fabricante (nós usamos um valor arredondado
- Conclusão prática: os cálculos batem com o catálogo dentro da tolerância esperada para estimativas de engenharia. O catálogo aparenta ter baseado a “Capacidade Térmica” nos consumos e no PCI fornecido, usando um rendimento muito próximo de
.
Resposta
A) Capacidade térmica (kcal/h) calculada usando
e
:
B) Produção de vapor calculada (kg/h) usando
e
em
:
C) Comparação com o catálogo:
Os valores calculados coincidem muito bem com os do catálogo (diferenças típicas inferiores a ); o catálogo aparenta ter usado a mesma abordagem (consumo
PCI
rendimento
capacidade térmica) e entalpias/roundings próximos dos usados aqui.
Os valores calculados coincidem muito bem com os do catálogo (diferenças típicas inferiores a