caldeira (cálculo vapor por gás)

8/3/2019 Caldeira (cálculo vapor por gás)

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RESPOSTA TÉCNICA

Título

Taxa de produção de vapor em caldeira em função do combustível

Resumo

Informações básicas sobre como calcular, em caldeiras, a taxa de produção de vapor emfunção da taxa de injeção de combustível.

Palavras-chave

Caldeira; combustão; vapor; calor; poder calorífico

Assunto

Fabricação de obras de caldeiraria pesada

Demanda

Em caldeiras, como calcular a vazão de entrada de combustível (ex.: briquete) necessária parase produzir 1000 kg de vapor por hora?

Solução apresentada

Para fazer o cálculo acima, são necessárias as seguintes informações:

• Pressão do vapor na caldeira, ou sua temperatura;• Temperatura da água que entra na caldeira;

• Poder calorífico do combustível;

• Eficiência energética da caldeira.

A partir da pressão do vapor ou de sua temperatura é possível consultar tabelas de vaporsaturado, usualmente encontradas em literatura especializada (ex.: livros básicos determodinâmica, etc.), de forma a se obter a entalpia do vapor.

Se a caldeira for usada exclusivamente para gerar vapor para aquecimento deve-se considerara entalpia do vapor saturado seco, que é o mais indicado para tal finalidade.




Tabela 1 – Entalpia do vapor de água seco e saturado, sob várias condições de pressão e temperaturaPressão absoluta do vapor

(kgf/cm2)

Temperatura(ºC)

Entalpia do vapor seco saturado*(kcal/kg)

1,00 99,1 638,81,50 110,8 643,12,00 119,6 646,3

2,50 126,8 648,73,00 132,9 650,73,50 138,2 652,44,00 142,9 653,94,50 147,2 655,25,00 151,1 656,36,00 158,1 658,37,00 164,2 659,98,00 169,6 661,29,00 174,5 662,310,0 179,0 663,811,0 182,2 664,112,0 187,1 664,9

13,0 190,7 665,614,0 194,1 666,215,0 197,4 666,716,0 200,4 667,117,0 203,3 667,518,0 206,1 667,819,0 208,8 668,2

*Entalpias de referência: água saturada a 0ºC possui entalpia zero; água saturada a 23,7ºC possuientalpia 23,81 kcal/kg.

Fonte: SMITH, VAN NESS, ABBOTT (1996)

Uma vez encontrada na tabela o valor da entalpia do vapor vΗ , subtrai-se dele o valor da

entalpia da água que entra na caldeira

o

H , obtendo-se

ovvap

H H H −=∆

. Na TAB.1, aunidade da entalpia é dada em kcal/kg.

O poder calorífico de um combustível é a quantidade de calor emitida pela sua combustãocompleta, para cada quilograma de combustível. O poder calorífico será indicado a seguir pelaabreviação PCI . Ela geralmente é indicada em kcal/kg.

A fórmula que relaciona a vazão de combustível à vazão de vapor em uma caldeira estámostrada abaixo:

)(%

100

caldeiradaeficiênciaPCI

H

vapor devazão

lcombustívedevazão vap

×

∆×=

Exemplo do cálculo do consumo de combustível

Considere uma caldeira que aquece água inicialmente a 23,7ºC, gerando vapor com pressãoabsoluta de 7 ,0 kgf/cm

2a uma taxa de 1000 kg de vapor por hora com o uso de lenha como

combustível. Uma amostra desta lenha foi levada a um laboratório e constatou-se que elapossui poder calorífico PCI = 3800 kcal/kg. O fabricante da caldeira estima que a eficiênciaenergética do equipamento é de cerca de 55% com o uso da lenha.

Solução:

Na TAB. 1, procure pela linha cuja pressão seja 7,0 kgf/cm2. Obtém-se:




v H = 659,9 kcal/kg

Subtraia deste valor, o valor de referência, que é em razão de a água de entrada estar a23,7ºC:

o

H = 23,81 kcal/kg

Obtém-se:

ovvap H H H −=∆ = 659,9 – 23,81 = 636,1 kcal/kg

A partir das demais informações fornecidas,

Vazão de vapor = 1000 kg/h,PCI = 3800 kcal/kg,

% Eficiência da caldeira = 55%,

calcula-se a taxa de entrada de combustível necessária utilizando a fórmula anterior emdestaque:

553800

1,636100

1000 ×

×=

lcombustívedevazão

Vazão de combustível = 304,3 kg/h

Portanto, a cada hora são necessários 304,3 kg da lenha para cada 1000 kg de vapor geradosnesta caldeira, nas condições apresentadas.

Conclusões e recomendações

A fórmula mostrada serve apenas para dar uma estimativa preliminar da relação entre anecessidade de combustível e a produção de vapor. Para o cálculo, são necessáriasinformações próprias do combustível a ser usado (poder calorífico) e da caldeira (eficiência).Estas informações devem ser obtidas caso a caso, seja com ensaios em laboratório, seja pormeio de consulta ao fabricante do equipamento. Consulte o fabricante da caldeira para obtermais informações.

Fontes consultadas

SMITH; VAN NESS; ABBOTT. Introduction to chemical engineering thermodynamics.Nova Iorque: McGraw-Hill, 1996.

Elaborado por

Marcelo Shiniti Uchimura

Nome da Instituição respondente

Instituto de Tecnologia do Paraná – TECPAR

Data de finalização

10 ago. 2007

caldeira (cálculo vapor por gás)

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