Máquinas Térmicas

1 Situação 1 Você engenheiroa é contratadoa para avaliar um processo de geração de vapor para a empresa A Para isso a contratante disponibiliza uma tabela com algumas informações para o processo de geração de vapor e retorno do condensado Tabela 1 Dados para geração de vapor saturado e retorno do condensado GERAÇÃO DE VAPOR PCI do combustível 14000 kcalkg Consumo médio de combustível 100 kgh Temperatura do vapor saturado 200 ºC Vazão de vapor 2 th Velocidade do vapor na tubulação principal 20 ms CONDENSADO E RETORNO DO CONDENSADO Pressão manométrica antes do purgador 5 bar Pressão manométrica na linha de retorno do condensado 1 bar Velocidade do condensado 15 ms Temperatura ambiente 20 ºC A empresa solicita as informações listadas abaixo com o objetivo de avaliar possíveis melhorias no processo Temperatura da água de alimentação para uma eficiência na caldeira de 85 Diâmetro nominal da tubulação principal horizontal para o vapor Espessura do isolamento da tubulação principal utilizando hidrossilicato de cálcio Vazão de condensado para uma tubulação de 100 m de comprimento horizontal para o diâmetro nominal calculado Vazão volumétrica de vapor flash Diâmetro nominal da tubulação de retorno do condensado 2 Situação 2 Na empresa onde você trabalha seu chefe solicita que você realize os cálculos e apresente um relatório informando a vazão de vapor e a quantidade de combustível necessária para o processo de secagem de milho As informações disponíveis sobre o processo são PROCESSO DE SECAGEM Temperatura máxima do milho 40 ºC Vazão de milho na entrada do secador 40 th Temperatura do milho na entrada do secador 20 ºC O calor específico do milho 051 kcalkgºC Massa de umidade evaporada do grão 8 da massa total de milho úmido Temperatura do vapor saturado utilizado na secagem 100 ºC GERAÇÃO DE VAPOR PCI da biomassa 4700 kcalkg A temperatura média de operação 900 ºC A temperatura da água de alimentação 90 ºC Pressão de operação 1 bar Rendimento da caldeira 80 1 Temperatura da Água de Alimentação para Eficiência de 85 na Caldeira Dados PCI do combustível 14000 kcalkg Consumo de combustível 100 kgh Vazão de vapor gerado 2 th 2000 kgh Temperatura do vapor saturado 200 C Eficiência da caldeira η 85 Cálculos 1 Calor fornecido pelo combustível Qcombustível PCI Consumo 14000 100 1400000 kcalh 2 Calor útil para gerar vapor Qútil η Qcombustível 0 85 1400000 1190000 kcalh 3 Entalpia do vapor saturado a 200 C tabelas termodinâmicas hvapor 6685 kcalkg 4 Balanço de energia na caldeira Qútil mvapor hvapor hágua 1190000 2000 668 5 hágua hágua 668 5 1190000 2000 735 kcalkg 5 Temperatura da água de alimentação hágua cp Tágua 73 5 1 Tágua Tágua 735 C A temperatura da água de alimentação deve ser 735 C Diâmetro Nominal da Tubulação Principal de Vapor Dados Vazão mássica de vapor 2000 kgh Velocidade do vapor 20 ms Volume específico do vapor saturado a 200 C 0127 m3kg 1 Cálculos 1 Vazão volumétrica Ṽ ṁ vg 2000 0127 254 m³h 2543600 00706 m³s 2 Área da seção transversal A Ṽv 0070620 000353 m² 3 Diâmetro interno D 4Aπ 4 000353314 0067 m 67 mm 4 Diâmetro nominal comercial DN 80 mm 3 O diâmetro nominal deve ser DN 80 mm 3 Espessura do Isolamento Térmico Dados Material Hidrossilicato de cálcio k 006 WmK Temperaturas vapor 200 ºC ambiente 20 ºC Perda máxima 50 Wm Cálculos 1 Resistência térmica necessária R ΔTQ 200 2050 36 m KW 2 Cálculo iterativo da espessura Riso lnDextDint2πk 36 Para e 100 mm Dext 280 mm Riso ln280802π 006 332 m KW 36 Espessura necessária 100 mm Vazão de Condensado Dados Vazão de vapor 2000 kgh Pressões 5 bar antes e 1 bar depois Como todo vapor condensa a vazão de condensado é igual à de vapor 2000 kgh Vazão Volumétrica de Vapor Flash Cálculos 1 Fração de flash x hf5 bar hf1 bar hg1 bar hf1 bar 6401 4175 2675 4175 986 2 Vazão mássica ṁflash 00986 2000 1972 kgh 3 Volume específico a 1 bar 1694 m3kg Ṽ 1972 1694 334 m3h 00928 m3s Vazão volumétrica 334 m3h Diâmetro da Tubulação de Retorno Cálculos 1 Volume total líquido vapor Vtotal 2000 0001043 334 336086 m3h 00934 m3s 2 Área da seção A 00934 15 000623 m2 3 Diâmetro D 4 000623 π 89 mm Diâmetro nominal DN 100 mm 4 2 Vazão de Vapor Necessária Dados Vazão de milho 40 th ΔT 20C cp 051 kcalkgC Umidade evaporada 3200 kgh Cálculos 1 Calor para aquecer milho Qmilho 40000 051 20 408000 kcalh 2 Calor para evaporar água Qevap 3200 540 1728000 kcalh 3 Calor total Qtotal 408000 1728000 2136000kcalh 4 Vazão de vapor mvapor 2136000 639 7 90 3886 kgh Vazão necessária 3886 kgh Consumo de Biomassa Dados PCI biomassa 4700 kcalkg Rendimento 80 Cálculos mcomb 21360000 8 4700 568 kgh Consumo de biomassa 568 kgh 4