EM 672 – SISTEMAS FLUIDOTÉRMICOS Lista de exercícios 1 Profº Waldir Bizzo 1) Determine a temperatura dos produtos de combustão saindo de uma fornalha queimando GLP com 10% de excesso de ar, considerando que 50% de calor gerado é perdido por radiação. Assumir propriedades dos produtos de combustão iguais a do ar atmosférico. 2) Caldeira queimando óleo de composição (em massa) 85% C, 2% S e 13% H, apresenta um teor de CO2 (b.s.) nos produtos de combustão de 10,5% em volume. Determinar excesso de ar. 3) Uma caldeira queima óleo com densidade relativa 1,0 e com teor de enxofre de 2% em massa, operando com excesso de ar de 20%. Com uma nova legislação, limitando a emissão de SO2 em 1500 mg/m3 (CNTP), estime o limite máximo de enxofre que seria permitido no óleo combustível. 4) Bagaço de cana tem PCS de 4700 kcal/kg, e teor de umidade (b.u.) da ordem de 50%. Foi proposta uma instalação de secagem do bagaço, utilizando-se de gases de chaminé da caldeira, com a finalidade de reduzir a umidade para 35% (b.u.). Estime o ganho de PCI do bagaço com esta nova instalação. 5) Considere uma serpentina de vapor saturado aquecendo água num tanque à razão de 5000 kg/h de água, da temperatura de 25 ate 85ºC. Supondo que haja área de transferência de calor suficiente, selecione uma pressão de vapor para o processo de aquecimento no intervalo entre 2 bar e 10 bar manométrico, justifique e calcule o consumo de vapor. 6) Num forno de reaquecimento de lingotes, operando a 1250ºC, supondo que todos os sistemas de combustão abaixo tenham a mesma característica no que se refere a troca de calor por radiação ( mesma emissividade e fator de forma), escolha sistema de combustão mais adequado para maior transferência de calor, justificando matematicamente:
Combustível Óleo BTE GLP Óleo diesel
PCI (kcal/kg) 9.995 10.218 10.2250
A/C esteq 13.7 15.6 14.6
Excesso de ar 40% 5% 15%
7) Calcule o Poder Calorífico Inferior (base úmida) da lenha de eucalipto com 25% de umidade na base úmida. 8) Determine a relação Ar/Combustível estequiométrica, em massa, para o etanol anidro (C2H6O).
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9) Caldeira aquatubular tem os seguintes dados de operação: Vapor saturado a 25 bar rel. Água de alimentação: 50ºC Temperatura de saída dos gases: 350ºC Óleo combustível, excesso de ar 35% Perdas estimadas (exceto gases da chaminé) : 5% Calcular o rendimento térmico da caldeira. A adição de um recuperador de calor, baixando a temperatura dos gases da chaminé para 260º, através do pré-aquecimento do ar de combustão deve proporcionar que economia de combustível? Neste caso, qual a temperatura de entrada do ar na fornalha? • • • • •
10) Caldeira a óleo combustível, produzindo 100ton/h de vapor a 40 bar abs., 340ºC, apresenta temperatura de saída dos produtos de combustão de 345ºC. Com a instalação de um pré-aquecedor de ar, esta temperatura abaixou para 240ºC. Devido ao ar aquecido na entrada do queimador, foi possível modificar o valor do excesso de ar de 15%, na situação anterior, para 8% com o pré aquecedor. Temperatura da água de alimentação: 65ºC. Qual a economia de combustível proporcionada? 11) Calcule a razão ar/combustível (A/C) e avalie o rendimento térmico do gerador de vapor que queima 10kg/h de n-butano (C4H10) como combustível sabendo que: O gerador opera com 10% de excesso de ar; Os gases de combustão deixam a chaminé com 200ºC; A temperatura do ambiente é de 25ºC; A combustão é completa; O poder calorífico inferior do n-butano é de 45725 kJ/kg. O calor especifico dos gases de combustão pode ser admitido igual ao do ar a 200ºC (= 1kJ/kgK) Admite que apenas a perda de energia devido aos gases de escape deva ser considerada na avaliação do rendimento térmico, sendo as demais perdas de energia desprezíveis. • • • • • •
12) Calcule a razão A/C em massa e em volume que deve ser utilizada num gerador de vapor para operação com 10% em excesso de ar na queima de GLP (gás liquefeito de petróleo). Admita que a composição volumétrica do GLP pode ser aproximada como sendo 50% propano (C3H8) e 50% butano (C4H10). 13) Calcule a razão A/C em massa que deve ser utilizada num gerador de vapor para operação com 10% de excesso de ar na queima de gás natural cuja composição volumétrica é dada por 95% de CH4 e 5% de C2H6. 14) Uma caldeira flamotubular queima gás butano (C4H10) a uma descarga de 10kg/h. Combustível e ar são alimentados a 25ºC e os gases de combustão deixam a caldeira a 227ºC. A análise dos gases em base seca obtida através do dispositivo de Orsat forneceu: • • •
CO2 : 12,68% O2 : 2,06% N2: 85,26% 2
Calcular a porcentagem de excesso de ar utilizada no processo e a energia perdida com os gases de escape. Admita o calor especifico dos gases igual a 1 kJ/(kgºC).
Informações úteis para as questões: Calor específico de produtos da combustão: 1.050 J/kg K Entalpia de vaporização da água a 25ºC: 2440 kJ/kg Vapor saturado 26 bas abs. : temperatura = 226º C Bagaço de cana (50% umidade b.s.): A/C estequiométrica = 3:1 PCI (b.u.) = 2.000 kcal/kg Lenha de eucalipto: PCS: 4.700 kcal/kg Composição em massa: C(50%), H(6%), O (43%), cinzas (1%)
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