Balano energtico de caldeiras

Balano energtico de caldeirasSumrioIntroduo CombustoCoeficiente de excesso de arRazo ar-combustvelRazo de equivalnciaPoder CalorficoProdutos da combustoBalano de massaBalano de energiaEficincia energtica

IntroduoO Balano energtico de quaisquer sistema tem como objetivo no s determinar o quanto de energia foi perdido, mas sim aonde foi esta perda e aonde ocorre o maior ganho de energia. Por tanto atravs desta metodologia possvel determinar aonde ocorre as falhas do sistema, podendo assim corrigi-las e melhorar o processo em questo. Atravs do balano, tambm, possvel determinar a eficincia do sistema, e com isso atuar nos pontos certos, e melhor-la.CombustoConceitualmente pode-sedefinir combusto como umareao qumica exotrmicaentre dois reagentes, um asubstncia redutora, ocombustvel, e o outro o oxidante,o comburente, o mais utilizadogeralmente o oxignio. Estatransformao acarreta na grandeliberao de energia na forma deluz e calor e na formao, comoproduto, de um grupo de espciesdiferentes dos reagentes.

Coeficiente de excesso de arO coeficiente de excesso de ar, usualmente representado por , a relao entre a quantidade de real e terica de ar em um processo de combusto. Este pode ser expresso, em unidade de , por:

O valor timo do excesso de ar depende do tipo de equipamento e do combustvel que est sendo utilizado, porm de maneira genrica, recomenda-se que para a biomassa , para queima em suspenso e , para queima em grelha, ou seja, respectivamente, 20% e 30% de excesso de ar (NOGUEIRA E LORA, 2003).

Razo ar-combustvelA relao entre a quantidade de ar admitida na combusto e a quantidade de combustvel queimado denominada razo ar-combustvel (), como apresentado abaixo:

Razo de equivalnciaA razo de equivalncia definida como a razo entre real e estequiomtrico, como apresentado abaixo:

Dois conceitos importantes vinculados a so o de mistura rica e pobre. A primeira dita quando mais ar adicionado do que o ar estequiomtrico, ou seja, > 1 ou < 1. Enquanto que na segunda ocorre o oposto, onde < 1 ou > 1.

Poder Calorfico.Segundo Nogueira et al. (2005), a energia trmica fornecida durante a queima dos combustveis pode ser avaliada por seu poder calorfico, em geral, apresentado para slidos e lquidos por unidade de massa e para gases por unidade de volume, referidas neste caso a presso atmosfrica e a temperatura de O C.O Poder Calorfico de um combustvel definido como a quantidade de calor desprendido pela combusto completa do combustvel (BIZZO, 2003), ou seja, a quantidade de calor por unidade de massa liberada durante o processo de combusto de um determinado combustvel.

Poder Calorfico.So definidos dois tipos de Poder Calorfico: o Poder Calorfico Superior (PCS) e o Poder Calorfico Inferior (PCI). O primeiro o calor desprendido quando nos produtos da combusto a gua for considera na forma condensada. Por outro lado, o ltimo a quantidade de calor medida com os produtos de combusto saindo completamente na fase gasosa. Quanto maior a umidade do combustvel, menor ser o seu poder PCI (VAN WYLEN, 2003).

Produtos da combusto.No processo de combusto h a formao, como produto, de poluentes atmosfricos. Rendeiro e Nogueira (2008) classificam esses em trs categorias: gases que provocam o efeito estufa, gases nocivos (agridem a sade e destroem os bens materiais) e resduos inertes. Na primeira categoria est o dixido de carbono e hidrocarbonetos no queimados. Na seguinte encontram-se o monxido de carbono, fuligem, gases que contenham nitrognio e enxofre. E na ltima esto o carvo e as cinzas.Balano de MassaO princpio de conservao de massa, para um volume de controle, assegura que a diferena entre as massas que entram e saem deste volume devem corresponder exatamente variao de massa no interior do volume de controle. Logo, quando o sistema encontra-se em regime permanente, onde a quantidade massas que entram, no volume de controle, devem ser iguais s massas que saem. Portanto:

Balano de EnergiaA primeira lei da termodinmica, ou princpio da conservao da energia, estabelece que energia no pode ser criada nem destruda,mas simplesmente transformada de uma forma em outra. O balano de energia pela primeira Lei da termodinmica escrito como:

Balano de EnergiaDependendo do sistema possvel desconsiderando as parcelas que advm da energia potencial e cintica. Devido inexistncia de trabalho mecnico, conclui-se que se pode apresentar a equao (2.26) pela contribuio da entalpia de cada componente. Portanto:

Eficincia EnergticaA eficincia, segundo engel e Boles (...), indica o quo bem uma converso de energia ou um processo de transferncia est ocorrendo. Defini-se esse termo como sendo a relao entre a energia til produzida e aproveitvel e a energia efetivamente consumida nesta transformao. Logo:

Eficincia EnergticaSegundo Nogueira et al. (2005) a eficincia trmica em geradores de vapor calculada de duas maneiras distintas: o mtodo direto e o mtodo indireto. No primeiro os fluxos de entrada e sada de energia so medidos e computados diretamente, enquanto que no segundo mtodo h a avaliao de perdas trmicas.Mtodo DiretoA eficincia por este mtodo o quociente entre a energia produzida pela caldeira na forma de vapor e a energia fornecida pelo combustvel. A energia do vapor pode ser definida pelo produto entre a vazo em massa de vapor e o ganho de entalpia observado na gua, em sua transformao de gua de alimentao em vapor. Assim:

Mtodo indiretoO mtodo indireto utiliza a anlise das perdas do gerador de vapor para obter o valor da eficincia. Neste mtodo so necessrias vrias medidas, que, da mesma maneira, podem estar associadas a erros, porm como a maior parcela de perda est na chamin, a qual pode ser medida de maneira precisa, o valor da eficincia pode ser obtido com razovel preciso.

Mtodo indiretoA) Perdas pela chamin.Segundo Nogueira et al. (2005) as perdas de calor do combustvel pelos gases da chamin podem ser divididas em duas parcelas principais: associadas aos gases secos formados na combusto e as associadas ao vapor presente na chamin.

Mtodo indiretoA) Perdas pela chamin.Na chamin tambm ocorre perdas devido a presena de monxido de carbono e fuligem nos gases de combusto, que em geral no so significativas, devido ao fato de, em sistemas trmicos reais, a combusto realizada com excesso de ar para que assim aja a combusto completa.

Mtodo indiretoB) Perdas por radiao e conveco.

A determinao das perdas por radiao e conveco pelo costado das caldeiras , geralmente, complexa, devido s diversas e complexas medies necessrias para sua obteno. Segundo Bizzo (2003), de modo geral, considera-se que estas perdas variam entre 1% a 4% da energia fornecida.

Mtodo indiretoC) Perdas por purgas.

Esta parcela est relacionada perda de energia causada pelo fluxo de gua retirada na purga, realizada para manter a concentrao de sais na gua dentro da caldeira em nveis tolerveis, sendo dada por:

Mtodo indiretoD) Perdas associadas temperatura das cinzas.Na queima de combustveis slidos, a sada de cinzas implica perdas que, a rigor, devem ser calculadas para cada caso especfico. Pode-se calcular esta perda pelo produto da massa de cinza (obtida pela massa de combustvel) pelo valor mdio aproximado da entalpia sensvel das cinzas, que de 1170 kJ/kg. Portanto:

Mtodo indiretoE) Perdas associadas ao combustvel no convertido presente nas cinzas.Em sistemas reais, geralmente no possvel determinar o poder calorfico da mistura de cinzas e de combustvel no convertido. Portanto, para tal faz-se a anlise da quantidade de carbono sem queimar nas cinzas, que determinada de maneira mais simples. Logo: