sistemas energéticos · aula 5 sistemas energéticos. aula 5: poder calorífico, entalpia ......
TRANSCRIPT
3º ano 6º semestre
Aula 5
Sistemas Energéticos
Aula 5: Poder calorífico, Entalpia da combustão e Temperatura
Teórica de combustão - Prática
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
2
Problema 5.1
Determinar a temperatura de combustão de um combustível
líquido que se queima num forno, tendo este a seguinte
composição, dada em massa seca: Carbono 42%, Hidrogénio
16%, Nitrogénio 9%, Oxigénio 28%, Enxofre 5%, Cinzas 0%,
Humidade 2% e com o excesso de ar de 40%.
O ar e o combustível são pré-aquecidos até 200 ºC e 150 ºC
respectivamente. O calor específico do ar e do combustível são
de 1.3 e 1.4 respectivamente.
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
3
Problema5.1 –Solução (I)
1. A massa de trabalho do combustível calcula-se de:
%16,41100
100
tdt W
CC
%68,15100
100
tdt W
HH
%82,8100
100
tdt W
NN
%44,27100
100
tdt W
OO
%90,4100
100
tdt W
SS
%0100
100
tdt W
AA
%0,2tW
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
4
Problema 5.1 Solução (II)
2. O volume teórico do ar é dado por:
3. O volume teórico dos gases biatómicos calcula-se de:
4. O volume teórico de água obtém-se de:
5. Volume teórico dos gases triatómicos:
2
3
1,867( 0,375 ) /100 0,803t t
RO
comb
m NV C S
kg
30 0
2 0,79 0,008 5,669t
N ar
comb
m NV V N
kg
30 0,0889( 0,375 ) 0,269 0,0336 7,087t t t t
ar
comb
m NV C S H O
kg
2
30 00,1116 0,0124 0,0161 1,889t t
H O ar
comb
m NV H W V
kg
Onde α é igual a 1.
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
5
Problema 5.1 Solução (III)
6. O volume real dos gases biatómicos calcula-se de:
7. O volume real de água obtém-se de:
8. O volume real dos gases triatómicos calcula-se de:
9. O volume do oxigénio excedente obtém-se de:
10. O volume dos gases de combustão calcula-se de:
2 2
30 0( 1) 0,79 7,909R N ar
comb
m NV V V
kg
2 2
30 00,0161( 1) 1,934H O H O ar
comb
m NV V V
kg
2
3
1,867( 0,375 ) /100 0,803t t
RO
comb
m NV C S
kg
2
300,21( 1) 0,595O ar
comb
m NV V
kg
2 2 2
3
2 11, 241g RO R H O O
comb
m NV V V V V
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
6
Problema 5.1 Solução (IV)
11. As fracções dos gases obtêm-se de:
071,02
2
g
RO
ROV
Vr
053,02
2
g
O
OV
Vr
Fracção dos gases biatómicos
Fracção de água
Fracção dos gases triatómicos
Fracção de oxigénio
704,02
2
g
RN
RNV
Vr
172,02
2
g
ORH
ORHV
Vr
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
7
Problema 5.1 Solução (V)
12. O Poder Calorífico Inferior calcula-se de:
13. A Entalpia total dos gases, devido ao pré-aquecimento do ar e do
combustível determina-se de:
Onde:
36,2704
m
kJ
V
cTVcTQI
g
pcomb
o
arpar
i
gcombar
A entalpia determinada do aquecimento do ar é:
A entalpia determinada pelo poder calorífico é:
3731,2455
m
kJ
V
QI
g
i
vg
3188,230
m
kJ
V
VcTI
g
o
arpar
arar
4,187 (81 300 26( ) 6( 9 ) 27605,73t t t t t t t
i
comb
kJQ C H O S W H
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
8
Problema 5.1 Solução (VI)
14. A entalpia dos gases obtém-se de:
15. A temperatura dos gases é 1680,07 ºC
36,2704)()()()(
22222222 m
kJCrCrCrCrI OOOHOHNNROROg
A entalpia determinada do aquecimento do combustível é:
3681,18
m
kJ
V
cTI
g
pcomb
gcomb
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
9
32 2 2 22 2 2 2
kJ
m. . . .g RO N O H ORO N O H O
I r C r C r C r C
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
10
Determinar a temperatura de combustão de um combustível
sólido que se queima num forno, tendo a seguinte composição,
dada em massa seca: Carbono 44%, Hidrogénio 12%,
Nitrogénio 8%, Oxigénio 23%, Enxofre 7%, Cinzas 6%,
Humidade 2% e com o excesso de ar de 20%.
Problema 5.2
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
11
Problema 5.2 Solução (I)
1. A massa de trabalho do combustível calcula-se de:
%12,43100
100
tdt W
CC
%76,11100
100
tdt W
HH
%84,7100
100
tdt W
NN
%54,22100
100
tdt W
OO
%86,6100
100
tdt W
SS
%88,5100
100
tdt W
AA
%0,2tW
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
12
Problema 5.2 Solução (II)
2. O volume teórico do ar é dado por:
3. O volume teórico dos gases biatómicos calcula-se de:
4. O volume teórico de água obtém-se de:
5. Volume teórico dos gases triatómicos:
2
3
1,867( 0,375 ) /100 0,853t t
RO
comb
m NV C S
kg
30 0,0889( 0,375 ) 0,269 0,0336 6,445t t t t
ar
comb
m NV C S H O
kg
30 0
2 0,79 0,008 5,154t
N ar
comb
m NV V N
kg
2
30 00,1116 0,0124 0,0161 1,441t t
H O ar
comb
m NV H W V
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
13
Problema 5.2 Solução (III)
6. O volume real dos gases biatómicos calcula-se de:
7. O volume real de água obtém-se de:
8. O volume real dos gases triatómicos calcula-se de:
9. O volume do oxigénio excedente obtém-se de:
10. O volume dos gases de combustão calcula-se de:
2
3
1,867( 0,375 ) /100 0,853t t
RO
comb
m NV C S
kg
2 2
30 0( 1) 0,79 6,172R N ar
comb
m NV V V
kg
2 2
30 00,0161( 1) 1,462H O H O ar
comb
m NV V V
kg
2
300, 21( 1) 0, 271O ar
comb
m NV V
kg
2 2 2
3
2 8,758g RO R H O O
comb
m NV V V V V
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
14
11. As fracções dos gases obtêm-se de:
Fracção dos gases biatómicos
Fracção de água
Fracção dos gases triatómicos
Fracção de oxigénio
Problema 5.2 Solução (IV)
704,02
2
g
RN
RNV
Vr
167,02
2
g
ORH
ORHV
Vr
098,02
2
g
RO
ROV
Vr
031,02
2
g
O
OV
Vr
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
15
Problema 5.2 Solução (V)
12. O Poder Calorífico Inferior calcula-se de:
13. A Entalpia total dos gases, determina-se do poder calorífico, sendo de:
382,2857
m
kJ
V
QI
g
i
g
14. A entalpia dos gases obtém-se de:
15. A temperatura dos gases é 1743,12 ºC
373,2857)()()()(
22222222 m
kJCrCrCrCrI OOOHOHNNROROg
4,187 (81 300 26( ) 6( 9 ) 24979,64t t t t t t t
i
comb
kJQ C H O S W H
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
16
32 2 2 22 2 2 2
kJ
m. . . .g RO N O H ORO N O H O
I r C r C r C r C
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
17
Problema 5.3
Determinar a temperatura de combustão de um combustível
líquido que se queima num forno, tendo este a seguinte
composição, dada em massa de combustível: Carbono 47%,
Hidrogénio 12%, Nitrogénio 8%, Oxigénio 30%, Enxofre 3%,
Cinzas 4%, Humidade 5% e com o excesso de ar de 35%.
O ar é pré-aquecido até 100 ºC, sendo o calor específico do ar
e do combustível de 1.29 e 1.4 respectivamente.
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
18
Problema 5.3 Solução (I)
1. A massa de trabalho do combustível calcula-se de:
%77,42100
)(100
ttct WA
CC
%92,10100
)(100
ttct WA
HH
%28,7100
)(100
ttct WA
NN
%3,27100
)(100
ttct WA
OO
%73,2100
)(100
ttct WA
SS
%0,4tA
%0,5tW
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
19
Problema 5.3 Solução (II)
2. O volume teórico do ar é dado por:
3. O volume teórico dos gases biatómicos calcula-se de:
4. O volume teórico de água obtém-se de:
5. Volume teórico dos gases triatómicos:
30 0,0889( 0,375 ) 0,269 0,0336 5,892t t t t
ar
comb
m NV C S H O
kg
30 0
2 0,79 0,008 4,713t
N ar
comb
m NV V N
kg
2
3
1,867( 0,375 ) /100 0,818t t
RO
comb
m NV C S
kg
2
30 00,1116 0,0124 0,0161 1,376t t
H O ar
comb
m NV H W V
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
20
Problema 5.3 Solução (III)
6. O volume real dos gases biatómicos calcula-se de:
7. O volume real de água obtém-se de:
8. O volume real dos gases triatómicos calcula-se de:
9. O volume do oxigénio excedente obtém-se de:
10. O volume dos gases de combustão calcula-se de:
2 2
30 0( 1) 0,79 6,34R N ar
comb
m NV V V
kg
2 2
30 00,0161( 1) 1, 4H O H O ar
comb
m NV V V
kg
2
3
1,867( 0,375 ) /100 0,818t t
RO
comb
m NV C S
kg
2
300,21( 1) 0,43O ar
comb
m NV V
kg
2 2 2
3
2 9,001g RO R H O O
comb
m NV V V V V
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
21
Problema 5.3 Solução (IV)
11. As fracções dos gases obtêm-se de:
Fracção dos gases biatómicos
Fracção de água
Fracção dos gases triatómicos
Fracção de oxigénio
705,02
2
g
RN
RNV
Vr
156,02
2
g
ORH
ORHV
Vr
09,02
2
g
RO
ROV
Vr
048,02
2
g
O
OV
Vr
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
22
Problema 5.3 Solução (V)
12. O Poder Calorífico Inferior calcula-se de:
13. A Entalpia total dos gases, devido ao pré-aquecimento do ar determina-se
de:
Onde:
A entalpia determinada do aquecimento do ar é:
A entalpia determinada pelo poder calorífico é:
368,2654
m
kJ
V
VcTQI
g
o
arpar
i
gar
314,2540
m
kJ
V
QI
g
i
g
353,114
m
kJ
V
VcTI
g
o
arpar
arar
4,187 (81 300 26( ) 6( 9 ) 22952,59t t t t t t t
i
comb
kJQ C H O S W H
kg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
23
Problema 5.3 Solução (VI)
14. A entalpia dos gases obtém-se de:
15. A temperatura dos gases é 1711,19 ºC
358,2654)()()()(
22222222 m
kJCrCrCrCrI OOOHOHNNROROg
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
24
32 2 2 22 2 2 2
kJ
m. . . .g RO N O H ORO N O H O
I r C r C r C r C
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
25
Entalpia (kJ/m3 ) de 1m3 de Gases a temperatura. dada e pressão de 1bar
Temp. ºC CO2 N2 H2O O2 Ar Seco Cinzas
100 172 130,13 150,18 131,98 130,51 81,00200 361,67 260,6 303,47 267,38 261,94 169,80300 564,24 392,41 461,36 407,48 395,42 264,00400 777,44 526,89 623,69 551,85 532,08 360,00500 1001,78 664,58 791,55 700,17 672,01 458,00600 1236,77 805,06 964,68 851,64 814,96 560,00700 1475,41 940,36 1143,6 1005,24 960,75 662,50800 1718,96 1094,65 1328,1 1162,32 1109,05 768,00900 1972,43 1243,55 1517,9 1319,67 1259,36 825,001000 2226,75 1393,86 1713,3 1480,11 1411,86 985,001100 2485,34 1546,14 1913,7 1641,02 1565,94 1092,001200 2746,44 1699,76 2118,8 1802,76 1721,36 1212,001300 3010,58 1857,74 2328 1966,05 1879,27 1360,001400 3276,75 2012,36 2540,3 2129,93 2036,87 1585,001500 3545,34 2170,55 2758,4 2296,78 2196,19 1758,001600 3815,86 2328,65 2979,1 2463,97 2356,68 1880,001700 4087,1 2486,28 3203,1 2632,09 2517,6 2065,001800 4360,67 2646,74 3429,9 2800,48 2680,01 2182,001900 4634,76 2808,22 3657,9 2971,3 2841,43 2385,002000 4910,51 2970,25 3889,7 3142,76 3006,26 2514,002100 5186,81 3131,96 4121,8 3314,85 3169,77 2640,002200 5464,2 3295,84 4358,8 3487,44 3338,21 2762,002300 5746,39 3457,2 4485,3 3662,33 3500,54 -2400 6023,25 3620,58 4724,4 3837,64 3665,8 -2500 6303,53 3786,09 5076,7 4014,29 3835,29 -
Pro
f. D
outo
r E
ngº
Jorg
e N
ham
biu ◊
Sist
emas
Ene
rgét
icos
26