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( 1) -,

160 Gerac;:ao de yapor

Dados complementares:

inq

inz

160,5 kg/s

5,9 kg/s

Tqe = 719,0 °C

(Fluxo de gases de combustao)

(Cinzas leves)

(Temp. dos gases na entrada do superaquecedor)

Observa~ao: A presen~a de cinzas leves nao e considerada na

formula~ao apresentada neste capitulo. Ao desconsiderar a influencia das

cinzas leves, no processo de transferencia de calor, calculos aproximados

deverao indicar valores da ordem de 60 W/m2 .K para o coeficiente de

convec~ao e de 11 W/m2 .K para o coeficiente equivalente de radia~ao gasosa.

Analise e comen~e os resultados encontrados .

CIAIPDll"ll.Jil.l!l 13

BALANCO ENERGETICO DE CALDEIRAS

" 13.1- talculo da Energia Disponivel

Toda analise energetica e fundamental para garantir urn born controle

do equipamento e melhor aproveitamento da energia liberada pelo processo de

combustao. Uma avalia~ao completa da energia envolvida no processo deve

considerar todo o calor gerado no interior da fornalha, calor associado aos

fluxes de massa, a ocorrencia de combustao parcial e calor perdido para o

meio ambiente por condu~ao, convec~ao ou radia~ao.

0 comportamento termico de qualquer sistema, numa abordagem mais

geral, pode ser investigado, de forma absolutamente correta, envol vendo

apenas a aplica~ao da equa~ao da continuidade e primeira lei da

termodinamica [41]. Entretanto, existindo interesse , essa mesma

investiga~ao pode ser ampliada, mediante a aplica~ao tambem da segunda lei

da termodinamica. Do ponto de vista exergetico, a aplica~ao da segunda lei

permite identificar a magnitude e tipo de perdas, · em termos essencialmente

reais, levando em conta o aumento da entropia do sistema [42].

0 uso de instrumenta~ao adequada e indispensavel para ajudar a

definir temperaturas, fluxos de massa e a eventual presen~a de combustive!

nao queimado nas cinzas ou nos gases de combustao .

Na maioria dos casos, fica dificil uma identifica~ao precisa de

todos os fluxos de massa que cruzam a fronteira do equipamento

(figura 13.1). Fica igualmente dificil uma determina~ao precisa do fluxo

de calor perdido para o meio ambiente pelas paredes do equipamento . De

qualquer modo, e sempre interessante que se fa~a uma estimativa preliminar

dos resultados ou uma verifica9ao da ordem de grandeza de cada variavel

envo}vida na avalia9ao do equi pamento. Na maioria dos casos, por exemplo, e

ate '· ; mpossivel medir o fluxo de ar que entra na fornalha, devido a propria

concep9ao do equipamento . Entretanto , conhecendo-se as propriedades do

162 Gera~lio de V~por

combustive!, uma simples analise dos gases e suficiente para identificar o

coeficiente de excesso de ar e, por consequencia, o fluxo real de ar e o

fluxo real de gases de combustao. As dificuldades sao evidentes na

determinac;ao de outras variaveis, tais como purgas e vapor de nebulizac;ao.

Nessas situacoes, recomenda-se consultar material .tecnico especializado ou

simplesmente adotar valores aproximados, comumente encontrados em

equipamentos similares, desde que essas variaveis nao representem peso

consideravel nos resultados finals do balanc;o energetico. A apllcac;ao da

equac;ao da continuidade e sempre conveniente, pais determina o balanc;o de

massa do equipamento, conferindo ou calculando fluxos ainda nao conhecidos.

VAPOR¢--­

my

v I

I

GASES

0 mgs + '"g ·mgs

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Q I ~I

?LE I I I Q ~URGAS mcb . mp

¢ ~GUA ma

0 AR

mar+ wormor

Fig 13.1- Identificac;ao dos fluxos de massa, normalmente considerados no balanc;o energetico de caldeiras.

Uma avaliac;ao completa da energia fornecida a dimara de combustao

deve considerar:

-Energia liberada pela propria combustao

-Energia associada aos fluxos de massa do combustive! e do ar de

combustao

-Energia associ ada a umidade do ar, vapor de nebulizac;ao e outros

fluxos de massa envolvidos no processo de combustao

A equac;ao que determina a energia total fornecida ao equipamento

I

Balanc;:o Energet.tco de catdelras 163

deve levar em conta o poder calorifico s~perior do combustive!,

qr = meb. (Pea + Ahcb) + inar. (Allar + War.Ahvp) + .•• ( 13. 1)

que difere da energia realmente disponivel na fornalha, conforme ja

calculado no capitulo anterior, ao levar em conta o poder calorifico

inferior do combustive!,

sendo,

qr qd Pea

Pel

qd mcb.(Pe! + Ahcb) + inar.(Ahar + War.Ahvp) + •••

Energia total fornecida (kW)

Energia disponivel na fornalha (kW)

Poder calorifico superior do combustive! (kJ/kg cb)

Poder calorifico inferior do combustive! (kJ/kg cb)

meb = Consumo de combustive! (kg/s)

inar = Fluxo de ar de combustao (kg/s)

war = Umidade do ar (kg/kg ar seco)

Aheb= Entalpia do combustive! (kJ/kg)

Allar = Entalpia do ar de combustao (kJ/kg)

Ahvp Entalpia da umidade do ar (kJ/kg)

(13.2)

A opc;ao par calcular a energia fornecida pelo Pes deve estar em

acordo com o calculo da energia perdida com a umidade dos gases de

combustao (equac;ao 13.12). A opc;ao pelo usa do poder caloriflco inferior,

Pel, em lugar do Pes, implica em modificar ambas as equac;oes. As entalpias

sao calculadas com base numa llnica referencia, tanto para a energia que

entra, como para a energia que sai da caldeira. Recomenda-se adotar valores

de 0 °C au de 25 °C, como temperatura de referencia.

Em muitas situaf5es nao e possivel quantificar o consumo de

combustive!, au mesmo, e ate conveniente que se analise o equipamento,

calculando-se energia fornecida e energia perdida em kJ/kg de combustive!.

Nessas condic;oes, para calculo da energia fornecida, tem-se

qr (Pes + Aheb) + mar. (Ahar + War.Ahvp) (13 . 3)

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164 Gera~ao de Vapo~

onde,

qc = Energia disponivel na fornalha (kJ/kg cb)

mar = Massa de ar de combustao (kg/kg cb)

13.2- Galculo da Energia Util

A energia li.til representa aquela parcela realmente absorvida pela

agua no interior do equipamento, sendo calculada com base na energia

absorvida

-Pelo economizador

-Por evaporar;:ao

-Pelos superaquecedores

-Pelos reaquecedores

A parcela de energia residual captada pelo pre-aquecedor de ar e

considerada, na condi<;ao de contorno, como energia ganha ja associada ao

fluxo, de ar de combustao .

onde,

A energia li.til pode ser computada pela equar;:ao

qu inv. (hv - ha)

qu = Energia absorvida pelo vapor (kW)

inv = Fluxo de vapor (kg/ s)

hv = Entalpia do vapor (kJ/kg)

ha = Entalpia da agua de alimentar;:ao (kJ/kg)

(13 . 4)

Todas as entalpias sao calculadas com base na mesma temperatura de

referencia adotada para o calculo da energia fornecida na fornalha . E

oportuno observar que o fluxo de vapor nao e, necessariamente, igual ao

fluxo da agua de alimentar;:ao, tendo-se em conta que

r ·~

I il ,., ~j i~,{: ~i f\ ·~ ~~.1 ~;

li ~ I %: 4'

* l t' '

j

Bale.n~o Ener96tlco de Caldelras 165

inv ina - inpg - inn (13.5)

onde,

• ina = Fluxo de agua de alimentar;:ao (kg/ s)

inpg = Purgas (kg/ s)

inn = Vapor para nebulizar;:ao do 6leo combustive! (kg/ s)

Se a caldeira entregar apenas vapor saturado, deve-se levar em conta

a presenr;:a de umidade no fluxo de vapor , recalculando-se a entalpia de

saida como

onde

hv hs (1-x) . hls + x . hvs

hs = Entalpia do vapor que deixa a caldeira (kJ/kg)

his = Entalpia do liquido saturado (kJ/ kg)

hvs = Entalpia do vapor saturado (kJ/ kg)

x =Titulo do vapor

(13 . 6)

A determinaC;ao do calor li.til atraves da equac;:ao_ 13.4 e possivel,

desde que se conher;:a o fluxo de vapor . Entretanto, em termos praticos ,

sabe-se das dificuldades de se obter com seguranc;:a o valor real de inv ,

mesmo porque poucas instalac;:oes operam em condic;:oes de regime permanente ,

variando fluxo , pr essao e titulo do vapor . No sentido de contornar tal

problema, sugere- se calcular o calor li.til atraves da equar;:ao

qu qc - qp (13. 7)

onde,

qp Energia perdida no equipamento (kW)

166 Gerac;:i.o de VapOr

13.3- Qilculo da Energia Perdi:da

A determina9ao sistematica das perdas de energia e o caminho mais

aconselhavel .para uma investiga9ao segura do comportamento termico das

caldeiras .• , As . medidas tomadas pelo lado do fluxo de gases nao sao

influenciadas por instabilidades, sempre presentes nas instala96es de

vapor. Em condi9oes de combustao total, inclusive, uma analise imediata

exige apenas o conhecimento das temperaturas e do porcentual de C02 dos

gases na base da chamine. Naturalmente, que todo levantamento complete e

sempre vantajoso, principalmente se, mediante instrumenta9ao adequada, for

possivel conhecer vazao e titulo do vapor.

A energia total perdida e a soma das perdas parciais com:

-Gases de combustao (gases secos : C02, 502, N2, 02, ... )

-Umidade presente nos gases de combustao (H20)

-Cinzas

-Combustao parcial

-Purgas e vapor de nebuliza9ao

-Fluxo de calor pelas fronteiras do equipamento

t i Na maioria das caldeiras, em condi96es de combustao total, as perdas

de calor com as cinzas, com purgas, com vapor de nebuliza9ao, mais as

perdas de calor pelas paredes do equipamento representam menos de 2 % da

energia total disponivel na fornalha.

A perda de calor sensivel com os gases secos representa a parcela de

maior peso e deve ser calculada levando em conta a energia associada aos

gases C02, 502, N2 e 02,

qqs mcb. (qC02

+q502

+qN2

+q02

) (13. 8)

ou

qqs 44 • •

c.Ahco2 + 2.s.Ahso2 + [o, 7685.mar + n].Ahli2 + (e-ll.mar .Ahar 12

(13. 9) onde,

qgs = Calor perdido com os gases secos (kJ/kg cb)

H "!!

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Balancro Energetlco de Caldelras 167

c Teor de carbone (kg/kg cb)

s = Teor de enxofre (kg/kg cb)

n

e

Teor de nitrogenio (kg/kg cb)

Coeficiente de excesso de ar

ma/= Massa estequiometrica de ar (kg/kg cb) . Ahco2 = Entalpia do C02 (kJ/kg)

Ahso2 = Entalpia do 502 (kJ/kg)

AhN2 = Entalpia do N2 (kJ/kg)

b.har = Entalpia do ar (kJ/kg)

De forma simplificada, para calculos que nao requeiram maier grau de

precisao, o calor perdido com os gases secos pode ser aproximado por

onde

qqs e mgs.Cpar. (Tg- T•)

mqs = Massa total de gases secos (kg/kg cb)

epar= Calor especifico do ar (kJ/kg.K)

Tg = Temperatura dos gases na chamine (K) • T = Temperatura de referencia (K)

Naturalmente,

onde

qgs IDcb. qgs

qgs = Calor perdido com os gases secos (kW)

mcb = Consume de combustive! (kg/s)

(13. 10)

(13.11)

Todas as entalpias sao calculadas de acordo com a temperatura dos

gases na chamine e com base na mesma temperatura de referencia. Em geral,

a temperatura dos gases varia na faixa de 120 a 300°C. Para temperaturas

da ordem de 200°C, as enta.lpias do ar e dos gases secos sao praticamente

iguais .

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168 Cera~lio de Vapor

A perda de calor com a umidade dos gases de combustli.o pode ser

calculada, levando em conta a energia associada a agua formada na queima do

hidrogenio do combustive!, umidade do proprio combustive!, vapor de

nebuliza9ao, umidade do ar de combustao e vapor consumido por sopradores de

fuligem.

ou

onde,

L I

qv

qv

qv

h

w

qv ineb. (qhcb + qweb + qvn + qwar + qvsr)

. [9. h + W + Vn + War. e. mar + Vsr]. b.hvp +

+ 2440. [vn + vsr] + 2440. [9.h + w]

Calor perdido com a umidade des gases (kW)

Calor perdido com a umidade dos gases (kJ/kg cb)

Teor de hidrogenio do combustive! (kg/kg cb)

Teor de umidade do combustive! (kg/kg cb)

vn = Rela9ao vapor de nebuliza9ao/combustivel (kg/kg cb)

(13. 12)

(13. 13)

vsr= Rela9ao vapor sopradores de fuligem/combustivel (kg/kg cb)

war = Teor de umidade do ar (kg/kg ar seco)

b.hvp Entalpia do vapor na pressao atmosferica (kJ/kg)

Aten9ao especial deve ser dada ao calculo da entalpia correspondente

ao vapor d'agua formado na combustao do hidrogenio, ou resultante da

umidade do proprio combustive!. No caso de se adotar o poder calorifico

inferior, Pel, como base de calculo para uma analise energetica do

equipamento, a equa9ao 13.13 deve ser devidamente alterada . A ultima

parcela dessa mesma equa9ao representa, exatamente, a diferen9a entre Pes e

Pel.

A parcela de vapor de nebuliza9ao, vn, depende do tipo de queimador,

das press5es envolvidas no processo e do consume de combustive!. Em geral

varia na faixa de 0,1 a 0,2 kg vapor/kg combustive! [01).

llalan~o Enerqetl~o de Caldelrao 169

A perda de calor com as cinzas devera ser calculada de acordo com as

temperaturas medidas em cada local de extra9ao, obedecendo a equa9ao geral,

qcz z. incb. b.hez

ou, simplesmente,

onde,

qcz z. b.hcz

qcz= Calor sensivel perdido com as cinzas (kW)

qcz= Calor sensivel perdido com as cinzas (kJ/kg cb)

z = Teor de cinzas do combustive! (kg/kg cb)

(13 . 14)

(13.15)

A perda de calor por combustao parcial nao e comum na maioria dos

equipamentos, mas e importante que se avalie quanto ela representa no

balan9o geral, medindo-se o conteudo de gas CO na base da chamine e o

conteudo de carbone nao queimado arrastado para o cinzeiro. Queimadores mau

operados podern irnplicar na presen9a de gas CO ou de fuligern nos gases de

cornbustao que deixam a charnine. Fornalhas _projetadas para queimar

cornbustiveis s6lidos, naturalrnente, irnplicam na presen9a de carbone nao

queirnado no cinzeiro.

ou

onde,

qep ineb. (qcnq + qCO)

qep Cnq. [33900 + b.hc] + 126. Vqs. %CO

qcp = Calor perdido por cornbustao parcial (kW)

qep = Calor perdido por combustao parcial (kJ/kg cb)

enq = Rela9ao carbone nao queimado/combustivel (kg/kg cb)

· b.hc = Entalpia do carbone (kJ/kg)

~CO = Porcentagem de monoxide de carbone em volume

Vos = Volume de ~ases na base seca fm3n/k~ cb)

(13. 16)

(13. 17)

170 Gera~ao de Vapor

A perda de calor com as purgas e normalmente muito pequena e seu

valor sempre vai depender do operador ou do pessoal encarregado da opera9ao

da caldeira. A quantidade de agua purgada pode ser estimada de acordo com a

frequencia e o tempo de cada drenagem. Em termos medios, tem-se

qpg inpg . (his - ha)

ou, simplesmente,

onde,

inpg qpg (his - ha)

ilcb

qpg = Calor sensivel perdido com as purgas (kW)

qpg = Calor sensivel perdido com as purgas (kJ/kg cb)

his = Entalpia do liquido saturado (kJ/ kg)

ha = Entalpia da agua de alimenta9aO (kJ/kg)

(13. 18)

(13 . 19)

As perdas de calor por radia9ao e convec9ao sao calculadas com base

em 1equac;6es mais complexas e desenvolvidas , para cada caso em particular, i de acordo com a formula9ao disponivel nos livros especializados em

transferencia de calor. A diversifica9ao de dados ou de propriedades,

exigidas por essas equac;oes, entretanto, tern impedido uma analise detalhada

e segura dessas perdas. Para calculos aproximados e mais imediatos,

sugere-se adotar de 0.5 a 1% do calor total disponivel, o que corresponde

ao calor perdido pel as fronteiras em caldeiras de porte maier,

convenientemente adaptadas com paredes d' agua e bern isoladas. Caldeiras

pequenas , com capacidades inferiores a 5 MW, a perda e normalmente maior,

na ordem de 1 a 3% [01].

13.4- Taxa de Evapora9ao e Rendimento Termico

A taxa de evapora9ao e o rendimento termico sao dois parametres

importantes na qualificac;ao de caldeiras .

I I ~ '~ l t. 'J?

;)

l 1 i . l I \ ' · ~ I

J ~· $ ~' )\ ~:· 1

t il

Balanyo Enerqetlco de Caldelras 171

A taxa de evapora9ao representa. a quantidade de vapor gerado por

unidade de massa de combustive! queimado,

inv mv (13.20)

incb

onde,

mv = Taxa de evaporac;ao (kg/kg cb)

0 rendimento termico representa a energia realmente aproveitada do

total da energia investida no equipamento e pode ser referenciado ao poder

calorifico inferior (energia disponivel), ou poder calorifico superior do

combustivel (energia fornecida). De acordo com a energia total disponivel,

na forma calculada pela equa9ao 13.2, o rendimento da caldeira sera

qu 11 100 (13.21)

qd

ou

11 100+ - ::] (13.22)

onde,

11 Rendimento termico da caldeira (%)

Calculos aproximados desconsideram a energia associada aos fluxos de

combustive! e do ar de combustao. Novamente, tomando-se por referencia, o

poder calorifico inferior, tem-se

inv. (hv - ha) 11 100------ (13.23)

incb.Pcl

No calculo da energia util, observa-se que nao foi computada a

( = (

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pa~cela de energia eventualmente absorvida pelo reaquecedor . No caso de (

unidades geradoras de vapor de porte maier e adaptadas com reaquecedores,

portanto, deve-se computar a parcela de energia para elevar a temperatura

do vapor de retorno da turbina.

0 controle adequado da combustao e indlspensavel para manter urn born

(.;

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c I

172 G;erac;::ao de Vapo,r

rendimento termico da caldeira. De imediato, deve-se reduzir o coeficiente

de excesso de ar ao ponto de nao comprometer a qualidade da combustao. A

utilizac;ao de queimadores mais modernos, ou de fornalhas apropriadas ao •

tipo de combustive! empregado, sempre garante urna combustao eficiente. A

inclusao de recuperadores de calor ou o melhoramento termico sao medidas

complementares, que tambem devem ser analisadas.

0 tratamento quimico da agua de alimentac;ao tambem e indispensavel e

deve ser adequado para que a taxa de concentrac;ao de solidos no interior da

caldeira esteja dentro de limites aceitaveis. A incrustac;ao, urn dos serios

problemas provocados pela agua nao tratada, implica na queda de rendimento

da caldeira, superaquecimento localizado, com reduc;ao da resistencia

mecanica do material e acidentes devido a expansao irregular ou ruptura dos

tubos.

No sentido de minimizar as perdas de calor em caldeiras, urna serie

de medidas devem ser permanentemente aplicadas, tais como:

-Queimar adequadamente o combustive!, com urn minimo de excesso de

ar.

-Operar a niveis compativeis com a carga do equipamento.

-Utilizar agua convenientemente tratada, evitando a formac;ao de

depositos ou incrustac;oes nas superficies de aquecimento.

-Instrurnentar e manter pessoal treinado para levantar dados e,

eventualmente, detectar· alterac;oes no funcionamento normal do

equipamento.

Exemplo 13.1

Uma caldeira de vapor, do tipo flamotubular, a oleo, foi analisada

com base em valores medidos durante urn determinado intervale de tempo,

levando-se em conta os fluxos de entrada e saida, na forma mostrada pela

figura 13. 1. Os resultados referentes aos balanc;os de mas sa e de energia

sao apresentados na tabela 13.1. Toda a analise foi realizada admitindo-se

a caldei'ra operando em regime permanente e temperatura de referencia igual

a 25 °C. 0 vapor e admitido saturado seco e tern pressao absoluta da ordem

de 10 bar (lMPa). A agua e alimentada na temperatura de 65 °C. Recalcule e

discuta os resultado~.

Balanco Energe'tico de Caldeiras

Outros dados:

war 0,012 kg/kg ar seco

t..hgs

tlhv

t..hlv

cp

%C02

280,4 kJ/kg

546,2 kJ/kg

2986:2 kJ/kg

2,1 kJ/kg°C

12,0

mcb = 106,5 kg/h

C = 83%, H = 10%, S

(enta1pia dos gases secos)

(enta1pia da umidade dos gases)

(t..hv + 2440 kJ/kg)

(oleo combustive!)

(% medida na base da chamine)

(oleo combustivel)

6%, outros = 1%

-Vapor saturado e agua de alimenta9ao (10 bar abs):

rna = 1476,1 kg/h

rnpg = 17,5 kg/h

mn = 0,0 kg/h

Ta = 65.0 °C

Tv = 179,9 °C

ha = 272,5 kJ/kg

hls = 762,5 kJ/kg -hvs = 2777' 6 kJ/kg

* = 25°C) href = 104,2 kJ/kg (T

173

o oleo combustive!, de acordo com a sua composi9ao quimica, tern as

seguintes caracteristicas estequiometricas:

. m3n/kg Var = 10,25

* 10,81 m3njkg Vg = . 9,69 m3n/kg Vgs = .

%C02

= 16,0

. mar = 13,27 kg/kg . mg = 14,26 kg/kg . mgs = 13,36 kg/kg

Pci 40 673 kJ/kg (Pes 42 869 kJjkg)

174 Gera(::io de Vapor ·

Para a calc:leira analisac:la; consic:leranc:lo 12 \ c:le co2

nos gases cia

chamin~, tem-se

e 1,33 (combustao total)

Tab 13.1- Balangos c:le massa e c:le energia (Exemplo 13.1)

Entrada Massa Temp . Energia Obs (kg/h l (OC l (kW l

Combustive1 106,5 138 7,0 01

Ar seco 1 879,6 25 o,o 02

Umidade do ar 22,6 25 0,0 02

Agua c:le alimentagao 1 476,1 65 68,8 03

Combustao 1 268,2

Total 3 484,8 1 344,0

Saic:la Massa Temp . Energia Obs (kg/h l (°C ) (kW )

Vapor 1 458,6 180 1 083,2 04

Gases secos 1 889,2 300 147,1 OS

Umidade des gases 118,4 300 82,9 06

Purgas 17,5 180 3,2 07

Outros (1\ comb.) 1,1 300 0,1

Perc:las superficiais 27,5 08

Total 3 484,8 1 344,0

(01) o consume c:le combustive! foi medido no tanque de servigo de 6leo. Em

conc:licoes de regime permanente, o consume foi c:leterminac:lo mediante anotagao

do tempo em que o queimador se manteve efetivarnente ligado.

(02) 0 fluxo de ar foi determinac:lo com base em valores estequiometricos e

coeficiente c:le excesso de ar. A posigao do ventilac:lor nao permitiu acesso

para medigao direta c:lo f l uxo de ar . A umidade c:lo ar foi c:leterminac:la com

auxilio de carta psicrometrica.

T~~

I" i I !

Balanc;o Energetlco de Caldeira& 175

(03) A agua de alimenta9ao foi medida e corrigida nas condicoes de regime

permanents no tanque de retorno de condensado. Cuidados especiais foram

tambem dispensados ao nivel de agua indicado pela caldeira, no inicio e no

final dos testes.

(04) A determina9ad' do fluxo de vapor atendeu a um balan9o parcial de massa

considerando-se agua de alimenta9ao e purgas. Na caldeira analisada nao ha

nebuliza9ao a vapor do oleo combustive!

(OS l 0 fluxo de gases secos tambem foi determi nado com base nos val ores

estequiometr icos e coeficiente de excesso de ar.

(06) A umidade dos gases foi determinada com base no vapor formado na

combustao, umidade do ar e vapor de nebuliza9ao .

(07) A massa de agua drenada da caldeira foi determinada por aproxima9ao,

em fun9ao da frequencia e tempo de purgas .

(08) As perdas por convec9ao e radia9ao foram computadas de modo a fechar o

bala,n9o de energia. Admitiu-se combustao total e ausencia de fugas de

vapor.

0

·~ UJ ::> al :::. 0 0

VAPOR(Bl%)

(5%)

Fi g 13.2- Di agrama de energia0da caldeira

analisada no exemplo 13. 1 (T = 25 °C) \

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176 Geravao de Vapor

0 rendimento termico foi calculado com base no Pel, na ordem de

84 %. Da mesma, forma a taxa de evaporac;:ao foi calculada em

13,7 kg vapor/kg combustive!. A figura 13.2 mostra o diagrama de energia

final da caldeira.

Exercicios

13.1- Sabendo que 1 mol de C02 e formado pela combinac;:ao do carbona com

1 mol de 02, mostre que a perda de calor com o gas C02 pode se calculada

por

on de

c qc02 llJlC02

12

qco2= Calor perdido com o gas C02 formado na combustao (kJ/kg)

bhco2= Entalpia molar do gas C02 na pressao atmosferica (kJ/kmol)

13 . 2- Sabendo que 1 mol de H20 e formado por 1 mol de H2 e meio mol de 02, f mostre que a perda de calor, apenas com o vapor d'agua formado na

combustao, pode ser calculada por

onde

q1120 = [~ + ...:_] .bhvp + 2440. (9.h + w) 2 18

qn2o= Calor perdido como vapor d'agua formado na combustao (kJ/ kg)

ll.hvp= Entalpia molar do vapor na pressao atmosferica (kJ/kmol)

13.3- Considere uma unidade geradora de vapor operando com carvao

pulverizado nas condic;:oes estabelecidas pelo exercicio 3 . 10 . Calcule as

perdas de calor:

a) Com os gases secos.

~~~;::~.'1.~/o/.~~~~!':~,.. , .....

Balant;:o .£nerg6t1co de Caldelras 177

b) Como vapor d'agua presente nos gases de combustao .

c) Por combustao parcial.

Considere que a temperatura dos gases na chamine seja de> 180 oc e

que a .parcelade .... f!arbono . nao queimada caia no selo d'agua da fornalha com

temperatura da ordem de 1200 °C.

13.4- Considere que a caldeira analisada no exemplo 13. 1 nao receba a

manutenc;:ao adequada e que, ao final de algum tempo, tenha seu rendimento

termico calculado em apenas 80 %. Admitindo que a caldeira fique ligada

24 horas por dia, durante 360 dias por ana, nessas condic;:5es, prove que 0

prejuizo anual sobe para valores da ordem de 45 tEP/ano. Considere que

1 tEP seja igual a 44 GJ .