Exemplo de Cálculo para Torres de Resfriamento em Centrais Elétricas

EXEMPLOS SOBRE TORRES DE RESFRIAMENTO EXEMPLOS RELATIVOS AS VIDEOAULAS TORRES DE RESFRIAMENTO EXEMPLO 1 Água que sai do condensador de uma central elétrica a 38ºC entra em uma torre de resfriamento com uma vazão mássica de 12500 kgs Um fluxo de água retorna ao condensador vindo da torre de resfriamento à temperatura de 30ºC com a mesma vazão A água de reposição é adicionada em um fluxo separado a 20ºC O ar atmosférico entra na torre de resfriamento a 25ºC e 35 de umidade relativa sendo que a torre opera em pressão constante de 1 atm Ar úmido sai da torre a 35ºC e 90 de umidade relativa Tanto a transferência de calor para a vizinhança quanto a potência do ventilador podem ser desprezadas bem como as energias potencial e cinética Determine A vazão mássicas de ar seco B Vazão mássica de água de reposição A DETERMINAR A VAZÃO DE AR SECO QUE DEVE ATRAVESAR A TORRE DE RESFRIAMENTO Definir as constantes das correntes de entrada e saída da torre de resfriamento a partir da carta psicrométrica e cálculos Ar de entra da torre 3 Tbu 1525ºC Tbs 25ºC 𝜔 0007kgkg 35 Hkg ar seco 43 kJkgar seco Ar de saída da torre 4 Calculado formula umidade relativa e absoluta Tbu 331ºC Tbs 35ºC 𝜔 0033kgkg 90 Hkg ar seco 11781 kJkgar seco Sabese que a 35ºC a pressão de saturação é de 005628 bar Se a umidade relativa é 90 então a pressão do vapor será 𝜙 09 𝑝𝑣 𝑝𝑣 09 𝑝𝑣 005628 𝑝𝑣 005065 𝑏𝑎𝑟 Vide na tabela a complementação dos valores de Tbu ω e Hmist 𝜔 0619 𝑝𝑣 𝑃 𝑝𝑣 0619 005065 101325 005065 𝜔 0033 𝐻𝑚𝑖𝑠𝑡 𝑚𝑎 ℎ𝑎 𝜔ℎ𝑣 𝑐𝑝𝑎𝑑𝑇 331º𝐶 0 𝜔ℎ𝑣 𝐻𝑚𝑖𝑠𝑡 𝑚𝑎 331º𝐶 𝑥 1005 𝑘𝐽 𝑘𝑔 º𝐶 0033 𝑥 256188 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐻𝑚𝑖𝑠𝑡 𝑚𝑎 11781 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝑎 Água entrada 1 T 38ºC h 15921 kJkg 𝑚 12500 kgs Água entrada 5 T 20ºC h 8396 kJkg 𝑚 𝒎𝒗𝟒 𝒎𝒗𝟑 Água saída 2 T 30ºC h 12579 kJkg 𝑚 12500 kgs São incógnitas para determinação da massa de ar seco as massas de vapor na entrada e saída da torre bem como a massa de água de reposição 𝑚𝑎 𝑚 𝐻2𝑂1ℎ𝐻2𝑂1 ℎ𝐻2𝑂2 𝐻4 𝐻3 𝜔4 𝜔3ℎ𝐻2𝑂5 𝑚𝑎 12500𝑘𝑔 15921 12579 𝑘𝐽 𝑘𝑔 11781 𝑘𝐽 𝑘𝑔 43 𝑘𝐽 𝑘𝑔 0033 00078396 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑚𝑎 12500𝑘𝑔 15921 12579 𝑘𝐽 𝑘𝑔 11781 𝑘𝐽 𝑘𝑔 43 𝑘𝐽 𝑘𝑔 0033 00078396 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑚𝑎 575199 𝑘𝑔𝑠 B A VAZÃO MÁSSICA DE ÁGUA DE REPOSIÇÃO A vazão de água de reposição é aquela que foi perdida por evaporação Logo 𝑚𝐻2𝑂5 𝑚𝑣4 𝑚𝑣3 𝜔 𝑚𝑣 𝑚𝑎 𝑚𝑣 𝜔𝑚𝑎 𝑚𝐻2𝑂5 𝜔4𝑚𝑎 𝜔3𝑚𝑎 𝑚𝑎𝜔4 𝜔3 𝒎𝑯𝟐𝑶𝟓 𝟏𝟒𝟗 𝟓𝟓 𝒌𝒈 𝒔 LEITURA NA CARTA EXEMPLO 2 Água líquida a 378ºC entra em uma torre de resfriamento que opera em regime permanente e água resfriada sai da torre a 267ºC Dados para vários fluxos que entram e saem da torre são mostrados na figura abaixo Nenhuma água de reposição é fornecida Determine A A vazão mássica de ar atmosférico que entra B Taxa na qual água é evaporada C Vazão mássica do fluxo de líquido na saída A DETERMINAR A VAZÃO DE AR SECO QUE DEVE ATRAVESAR A TORRE DE RESFRIAMENTO Definir as constantes das correntes de entrada e saída da torre de resfriamento a partir da carta psicrométrica ou calculando Ar de entra da torre 1 Tbu 132ºC Tbs 211ºC 𝜔 00064 kgkg 40 Hkg ar seco 375 kJkgar seco Ar de saída da torre 3 Tbu 28ºC Tbs 294ºC 𝜔 00237kgkg 90 Hkg ar seco 90 kJkgar seco Água entrada 2 T 378ºC h 15838 kJkg 𝑚 125 kgs Água saída 4 T 267ºC h 11200 kJkg 𝑚 𝑚 𝑣1 𝑚 𝑣3 𝑚 𝐻2𝑂 2 São incógnitas para determinação da massa de ar seco as massas de vapor na entrada e saída da torre bem como a massa de água que deixa a torre Para o ar seco 𝑚 𝑎1 𝑚 𝑎3 Para o a água 𝑚 𝑣1 𝑚 𝐻2𝑂 2 𝑚 𝑣3 𝑚 𝐻2𝑂 4 𝑚 𝐻2𝑂 4 𝑚 𝑣1 𝑚 𝑣3 𝑚 𝐻2𝑂 2 Balanço de energia 𝑚 𝐻2𝑂2ℎ𝐻2𝑂2 𝑚 𝑎1ℎ𝑎1 𝑚 𝑣1ℎ𝑣1 𝑚 𝐻2𝑂4ℎ𝐻2𝑂4 𝑚 𝑎3ℎ𝑎3 𝑚 𝑣3ℎ𝑣3 0 𝑚 𝐻2𝑂2ℎ𝐻2𝑂2 𝒎 𝒂𝒉𝒂𝟏 𝒉𝒂𝟑 𝑚 𝑣1ℎ𝑣1 𝑚 𝐻2𝑂4ℎ𝐻2𝑂4 𝑚 𝑣3ℎ𝑣3 0 Dividindo as equações por 𝑚 𝑎 e substituindo por 𝑚 𝐻2𝑂 4 𝑚 𝑣1 𝑚 𝑣3 𝑚 𝐻2𝑂 2 temse 𝒎 𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒎 𝒂 𝒉𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒉𝒂𝟏 𝝎𝟏𝒉𝒗𝟏 𝒉𝒂𝟑 𝝎𝟑𝒉𝒗𝟑 𝝎𝟏 𝝎𝟑 𝒎 𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒎 𝒂 𝒉𝑯𝟐𝑶𝟒 𝟎 𝒎 𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒎 𝒂 𝒉𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒉𝑯𝟐𝑶𝟒 𝒉𝒂𝟏 𝝎𝟏𝒉𝒗𝟏 𝒉𝒂𝟑 𝝎𝟑𝒉𝒗𝟑 𝝎𝟏 𝝎𝟑𝒉𝑯𝟐𝑶𝟒 𝟎 𝒎 𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒎 𝒂 𝒉𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒉𝑯𝟐𝑶𝟒 𝑯𝟑 𝑯𝟏 𝝎𝟏 𝝎𝟑𝒉𝑯𝟐𝑶𝟒 𝒎 𝒂 𝒎 𝑯𝟐𝑶𝟐𝒉𝑯𝟐𝑶𝟒 𝒉𝑯𝟐𝑶𝟐 𝑯𝟏 𝑯𝟑 𝝎𝟑 𝝎𝟏𝒉𝑯𝟐𝑶𝟒 𝒎 𝒂 𝟏 𝟐𝟓 𝒌𝒈 𝒔 𝟏𝟏𝟐 𝟏𝟓𝟖 𝟑𝟖 𝒌𝑱 𝒌𝒈 𝟑𝟕 𝟓 𝒌𝑱 𝒌𝒈𝒂 𝟗𝟎 𝒌𝑱 𝒌𝒈𝒂 𝟎 𝟎𝟐𝟑𝟕 𝟎 𝟎𝟎𝟔𝟒𝟏𝟏𝟐 𝒌𝑱 𝒌𝒈 𝒎 𝒂 𝟏 𝟏𝟓 𝒌𝒈𝒔 B TAXA NA QUAL ÁGUA É EVAPORADA 𝑇𝑋𝑒𝑣𝑎𝑝 𝑚𝑣3 𝑚𝑣1 𝜔 𝑚𝑣 𝑚𝑎 𝑇𝑋𝑒𝑣𝑎𝑝 𝜔3𝑚𝑎 𝜔1𝑚𝑎 𝑚𝑎𝜔3 𝜔1 𝑻𝒆𝒗𝒂𝒑 𝟎 𝟎𝟏𝟗𝟗 𝒌𝒈 𝒔 C VAZÃO MASSICA DE ÁGUA NA SAÍDA DA TORRE 𝑚𝐻2𝑂 4 𝑚 𝑣1 𝑚 𝑣3 𝑚 𝐻2𝑂 2 𝑚𝐻2𝑂 4 00199 𝑘𝑔 𝑠 125 𝑘𝑔 𝑠 123 𝑘𝑔 𝑠