UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA "JÚLIO DE MESQUITA FILHO"Campus de Guaratinguetá, Departamento de Energia

Sistemas TérmicosProf. José Alexandre Matelli

LISTA DE EXERCÍCIOS – P2

1) Um combustível gasoso possui a composição apresentada na tabela. Admitindo que todos os

componentes da mistura se comportem como gás perfeito, calcule:

a) a massa molar do combustível;

b) a massa específica do combustível;

c) a vazão mássica de ar requerida para queima de 1 kg/s de combustível com

20% de excesso de ar;

d) o PCI do combustível;

Subs X

CH4 0.3

CO2 0.3

CO 0.1

H2 0.2

N2 0.1

2) A análise dos gases de combustão de uma caldeira a óleo combustível apresentou 15.3% de CO2 e

1000 ppm de CO. Determine o excesso de ar e explique porque o valor encontrado se encontra fora da

faixa recomendada. Composição do óleo: YC = 0.85; YH = 0.12; YS = 0.02; YN = 0.01.

3) Uma caldeira flamotubular gera 5 t/h de vapor saturado a 0.9 MPa(m) a partir da queima de 275

kg/h de óleo combustível com 15% de excesso de ar. Não há nenhum tipo de perda de vapor e o

condensado retorna para a caldeira na mesma pressão como líquido saturado. Desprezando perdas de

calor para o ambiente, calcule a) eficiência da caldeira; b) a vazão mássica de gases de combustão; c) a

temperatura dos gases de exaustão na saída da caldeira, admitindo cp constante e temperatura de

referência igual a 25 °C. d) escreva um algoritmo para cálculo da temperatura dos gases de exaustão,

considerando agora a variação de cp com a temperatura. Composição do óleo: YC = 0.86; YH = 0.12; YS

= 0.01; YN = 0.01.

Tabela de vapor saturado

P (MPa) T (°C) hl (kJ/kg) hv (kJ/kg)

0.8 170.4 721.1 2769

1.0 179.9 762.8 2778

1.2 188.0 798.6 2784

Coeficientes para cálculo do calor específico de alguns gases ideais

cp = C0 + C1T + C2T2 + C3CT3 (kJ/kgK, T em °C)

Gás C0 C1 C2 C3

CO 1,01 2,74x10–4 –6,50x10–08 1,38x10-12

CO2 8,54x10–1 7,64x10–4 –3,89x10–7 6,94x10–11

H2O 1,81 6,59x10–4 4,98x10–8 –4,32x10–11

N2 1,01 2,37x10–4 –3,50x10–8 –5,12x10–12

O2 9,08x10–1 3,35x10–4 –1,46x10–7 2,58x10–11

SO2 6,31x10–1 4,56x10–4 –2,59x10–7 4,97x10–11

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4) Considere que a caldeira do problema anterior foi convertida para gás natural, operando com 5% de

excesso de ar. Calcule a redução da emissão de CO2 devido à substituição do óleo pelo gás. Composição

do gás natural: XCH4 = 0.9; XC2H6 = 0.06; XCO2 = 0.03; XN2 = 0.02.

5) Calcule a temperatura de chama adiabática para lenha com 20% de umidade em condição de

queima estequiométrica com ar atmosférico. Explique qualitativamente o que acontece com a

temperatura de chama adiabática se for removida parte da umidade do combustível, mantida a mesma

condição de queima. Verifique sua explicação calculando a temperatura de chama adiabática para o

caso da lenha com 10% de umidade. Composição da lenha em base seca: YC = 0.50; YH = 0.05; YO =

0.44; Ycinzas = 0.01

6) A curva de um ventilador centrífugo é P = A + BQ2, onde P é a pressão estática gerada pelo

ventilador, Q é a vazão volumétrica e A e B são seus coeficientes de desempenho. A perda de carga total

ao longo de um gerador de vapor, incluindo queimadores e câmara de combustão e chaminé, foi

medida e correlacionada com a vazão volumétrica na forma P = CQ2, onde C é uma constante.

Desprezando a ação de sucção da chaminé, determine o ponto de operação (P e Q) do ventilador neste

gerador de vapor.

7) Uma caldeira queima 250 kg/h de óleo a plena carga. Seu projeto requer uma chaminé capaz de

gerar 50 Pa de tiragem em sua base. Os gases de exaustão deixam a caldeira a 280 °C e com 13% de

CO2. Dimensione a chaminé para essa caldeira.

8) Um superaquecedor de vapor é instalado em uma caldeira aquatubular, ocupando uma área

transversal total de 6 x 12 m², nas seguintes condições: Nf = 96, de = 32 mm, st = 150 mm, sp = 65

mm. O arranjo dos tubos é em quincôncio. Assumindo Re = 2487 e viscosidade dos gases constante,

determine o coeficiente de perda de carga deste componente.

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