Ante-projeto de um Gerador de Vapor Flamotubular

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA MÁQUINAS TÉRMICAS I PROF BÓÇON ANTEPROJETO DE UM GERADOR DE VAPOR EQUIPE N 6 TIPO FLAMOTUBULAR ATENÇÃO ENTREGAR ESSA FOLHA DE DADOS JUNTAMENTE COM O TRABALHO DADOS Produção de vapor saturado seco Pressão do vapor manométrica Temperatura da água de alimentação Temperatura de saída dos gases para a chaminé Perdas conhecidas Pelas cinzas Perda por formação de fuligem Perda por formação de gases combustíveis Velocidade dos gases na chaminé Combustível Análise do combustível base seca Metano Etano Propano Oxigênio Nitrogênio Dióxido de Carbono Umidade do combustível 10 ton h 8 kgf cm2 60 C tv40 C 0 1 1 23 m s gás natural 86 5 2 2 2 3 0 MEMORIAL DE CÁLCULO Utilizar as unidades solicitadas na tabela abaixo 1 Poder calorífico inferior do combustível 2 Relação ar combustível real em massa 3 Teores volumétricos dos gases da combustão 4 Calor específico dos gases a 0 200 400 600 e 800C 5 Constante termodinâmica dos gases 6 Perdas de energia a por condução convecção e radiação para o ambiente p5 kcal kg kgar kgcb kcal kg C kgfmkg K b por calor contido nos gases da chaminé 7 Rendimentos da fornalha e da caldeira 8 Consumo horário de combustível 9 Temperatura média e coeficiente de irradiação na fornalha 10 Calor irradiado para as paredes de água da fornalha 11 Superfície irradiada da fornalha paredes de água 12 Coeficiente de transferência de calor no vaporizador parte convectiva 13 Superfície do vaporizador parte convectiva 14 Diâmetro da chaminé kg h C kcal h m2 kcal m2 h C m2 mm 1 Dados de entrada Produção de vapor saturado seco 10 ton h Pressão do vapor manométrica 8 kgf cm² Temperatura da água de alimentação 60 C Temperatura de saída dos gases para a chaminé t v 40 C Perdas conhecidas Pelas cinzas 0 Perda por formação de fuligem 1 Perda por formação de gases combustíveis 1 Velocidade dos gases na chaminé 23 m s Combustível gás natural Análise do combustível base seca Metano 86 Etano 5 Propano 2 Oxigénio 2 Nitrogénio 2 Dióxido de Carbono 3 Umidade do combustível 0 2 Folha de resultados 1 Poder calorífico inferior do combustível 102412 kcalkg 2 Relação ar combustível real em massa 1456 kgkg 3 co2 21 h2o 39 n2 40 4 Calor específico dos gases 0 0280622 kcalkgC 200C 0301435 kcalkgC 400C 0322249 kcalkgC 600C 0341627 kcalkgC 800C 0358852 kcalkgC 5 Constante termodinâmica dos gases 308668 kgfmkgK 6 Perdas de energia a com conv rad p amb 1 b por calor contido nos gases da chaminé 10 7 Rendimentos afornalha 99 b caldeira 86 8 Consumo horário de combustível 6822 kgh 9 Temp méd coef irrad Temp méd 800 C Coef irrad 06172 10 Calor irradiado para paredes 4276077 kcalh 11 Superfície irradiada 2296 m² 12 Coeficiente de transf vap convectiva 4951292 kcalm²hC 13 Superficie evaporador 5379 m² 14 Diâmetro da chaminé 500 mm 3 Roteiro e resultados FilePre dimensionamento caldeiraEES 21062025 193755 Page 1 EES Ver 9457 1514 For use only by Mohamed Shaker Ginza Cairo Egypt Temperatura ambiente Ta 25 273 1 K produção de vapor mvapor 10 1000 3600 1 kgs pressão de vapor saturado seco pvapor 8 980665 1 kPa Temperatura água de alimentação Tin 60 273 1 K hagua h SteamIAPWS T Tin P pvapor Temperatura vapor saturado seco Tv T SteamIAPWS P pvapor x 1 hvapor h SteamIAPWS x 1 P pvapor sobretempetura gase chaminé dT 40 K Tgase chaminé Tsaida Tv dT Perdas Perdas cinzas p1 0 p2 0 Perdas fuligem p3 1 100 Perdas combustível na chaminé p4 0 Perdas gases comb hcomb 1 100 Velocidade gases saídas vg 23 ms PCI mássico dos combustíveis FilePre dimensionamento caldeiraEES 21062025 193755 Page 2 EES Ver 9457 1514 For use only by Mohamed Shaker Ginza Cairo Egypt PCIch4 11940 41868 1 kJkg PCIc2h6 11336 41868 1 kJkg PCIc3h8 11065 41868 1 kJkg Massa molecular Mch4 1604 kgkmol Mc2h6 3007 kgkmol Mc3h8 4409 kgkmol Mo2 32 kgkmol Mn2 28 kgkmol Mco2 44 kgkmol Mar 2897 kgkmol Mh2o 18 kgkmol Umidade w 0 composição volumétrica base seca vch4 86 100 vc2h6 5 100 vc3h8 2 100 vo2 2 100 vn2 2 100 vco2 3 100 massa por kmol de mistura wch4 vch4 Mch4 wc2h6 vc2h6 Mc2h6 wc3h8 vc3h8 Mc3h8 wo2 vo2 Mo2 wn2 vn2 Mn2 FilePre dimensionamento caldeiraEES 21062025 193755 Page 3 EES Ver 9457 1514 For use only by Mohamed Shaker Ginza Cairo Egypt wco2 vco2 Mco2 massa total por kmol de mistura wtotal wch4 wc2h6 wc3h8 wo2 wn2 wco2 composição base mássica bch4 wch4 wtotal bc2h6 wc2h6 wtotal bc3h8 wc3h8 wtotal bo2 wo2 wtotal bn2 wn2 wtotal bco2 wco2 wtotal PCI gas combustivel PCIcomb bch4 PCIch4 bc2h6 PCIc2h6 bc3h8 PCIc3h8 relação ar comb voreq vch4 1 4 4 vc2h6 2 6 4 vc3h8 3 8 4 vo2 var 476 voreq ACmassa var Mar wtotal teores volumétrios gases de combustão vgco2 vch4 1 vc2h6 2 vc3h8 3 vco2 vgh2o vch4 4 2 vc2h6 6 2 vc3h8 8 2 vgn2 vch4 1 4 4 vc2h6 2 6 4 vc3h8 3 8 4 vn2 vgtotal vgco2 vgh2o vgn2 pctvco2 vgco2 vgtotal pctvh2o vgh2o vgtotal pctvn2 vgn2 vgtotal teores mássicos gases de combustão FilePre dimensionamento caldeiraEES 21062025 193755 Page 4 EES Ver 9457 1514 For use only by Mohamed Shaker Ginza Cairo Egypt mgco2 pctvco2 Mco2 mgh2o pctvh2o Mh2o mgn2 pctvn2 Mn2 mgtotal mgco2 mgh2o mgn2 pctmco2 mgco2 mgtotal pctmh2o mgh2o mgtotal pctmn2 mgn2 mgtotal calor específico gases 0 T0 0 273 1 K cpg0 pctmco2 Cp CO2 T T0 pctmh2o Cp h2o T T0 pctmn2 Cp N2 T T0 200 T200 200 273 1 K cpg200 pctmco2 Cp CO2 T T200 pctmh2o Cp h2o T T200 pctmn2 Cp N2 T T200 400 T400 400 273 1 K cpg400 pctmco2 Cp CO2 T T400 pctmh2o Cp h2o T T400 pctmn2 Cp N2 T T400 600 T600 600 273 1 K cpg600 pctmco2 Cp CO2 T T600 pctmh2o Cp h2o T T600 pctmn2 Cp N2 T T600 800 T800 800 273 1 K cpg800 pctmco2 Cp CO2 T T800 pctmh2o Cp h2o T T800 pctmn2 Cp N2 T T800 constante termodinamica dos gases Rideal 8314 kJkmolK Rgases Rideal mgtotal Perdas de energia condução convecção e radiação para o ambiente segundo grafico estimado da apostila FilePre dimensionamento caldeiraEES 21062025 193756 Page 5 EES Ver 9457 1514 For use only by Mohamed Shaker Ginza Cairo Egypt p5 3 100 calor contido nos gases de chaminé p6 ACmassa 1 cpg400 Tsaida cpg200 Ta PCIcomb rendinemento fornalha hfornalha 1 p1 p2 p3 p4 rendimento caldeira hcaldeira 1 p1 p2 p3 p4 p5 p6 consumo de combustivel mcb mvapor hvapor hagua hcaldeira PCIcomb temperatura média e coeficiente de irradiação da fornalha calor gerado na fornalha Qf hfornalha PCIcomb mcb Tc 800 273 1 K temperatura média teórica Tc 1 s hfornalha PCIcomb ACmassa 1 cpg400 Ta constante de Stephan Boltzmann b 567 1 x 10 11 1 kWm2K4 emissividade gas natural e 03 Temperatura de parede Tp Tsaida Superficie irradiada Calor irradiado para paredes Qi b e Si Tc 4 Tp 4 s Qi Qf Coeficiente de transferência de calor no vaporizador parte convectiva e 0005 m FilePre dimensionamento caldeiraEES 21062025 193756 Page 6 EES Ver 9457 1514 For use only by Mohamed Shaker Ginza Cairo Egypt k 60 1000 1 kWmK hg 10000 418 3600 1 kJm2sK ha 50 418 3600 1 kJm2sK U 1 1 hg e k 1 ha Superfície do vaporizador parte convectiva diferença LMTD T1 Tv 100 K LMTD T1 Tv Tsaida Tv ln T1 Tv Tsaida Tv Qv mvapor hvapor hagua Qi Qv U S LMTD Diâmetro chaminé Patm 1015 kPa rgas Patm Rgases Tsaida mcb ACmassa 1 rgas A vg A p d 2 4 FilePre dimensionamento caldeira 2EES 21062025 194252 Page 1 EES Ver 9457 1514 For use only by Mohamed Shaker Ginza Cairo Egypt SOLUTION Unit Settings SI K kPa kJ mass deg A 01847 ACmassa 1456 b 5670E11 kWm2K4 bc2h6 00804 bc3h8 004716 bch4 07377 bco2 007059 bn2 002995 bo2 003423 cpg0 1173 kJkgK cpg200 126 kJkgK cpg400 1347 kJkgK cpg600 1428 kJkgK cpg800 15 kJkgK d 04849 dT 40 K e 0005 m e 03 hcaldeira 08602 hcomb 001 hfornalha 099 ha 005806 kJm2sK hagua 2512 kJkg hg 1161 kJm2sK hvapor 2768 kJkg k 006 kWmK LMTD 6548 K mgco2 9212 kgkmol mgh2o 6999 kgkmol mgn2 1125 kgkmol mgtotal 2746 kgkmol Mar 2897 kgkmol Mc2h6 3007 kgkmol Mc3h8 4409 kgkmol mcb 01895 kgs Mch4 1604 kgkmol Mco2 44 kgkmol Mh2o 18 kgkmol Mn2 28 kgkmol Mo2 32 kgkmol mvapor 2778 kgs w 0 PCIc2h6 47462 kJkg PCIc3h8 46327 kJkg PCIch4 49990 kJkg PCIcomb 42878 kJkg pctmco2 03355 pctmh2o 02549 pctmn2 04097 pctvco2 02094 pctvh2o 03888 pctvn2 04018 p1 0 p2 0 p3 001 p4 0 p5 003 p6 009984 Patm 1015 kPa pvapor 7845 kPa Qf 8045 kJs Qi 4965 kW Qv 2025 kJs rgas 06945 kPakgkJ Rgases 03027 kJKkg Rideal 8314 kJkmolK S 5379 m2 Si 2296 m2 s 06172 T0 273 K T1 5427 K T200 473 K T400 673 K T600 873 K T800 1073 K Ta 298 K Tc 1073 K Tin 333 K Tp 4827 K Tsaida 4827 K Tv 4427 K U 005749 kJm2sK vgco2 105 vgh2o 195 vgn2 2015 vgtotal 5015 var 9401 vc2h6 005 vc3h8 002 vch4 086 vco2 003 vg 23 ms vn2 002 vo2 002 voreq 1975 wc2h6 1504 kgkmol wc3h8 08818 kgkmol wch4 1379 kgkmol wco2 132 kgkmol wn2 056 kgkmol wo2 064 kgkmol wtotal 187 kgkmol 1 potential unit problem was detected EES suggested units shown in purple for beta cpg0 cpg200 cpg400 cpg600 cpg800