Uma caldeira ZFW-SF 150, flamotubular, capacidade 3,30 t/h de vapor saturado a uma pressão de 2 kgf / cm^2, opera em uma fábrica consumindo 95 kg / hora de óleo combustível BPF ( PCI=41.000 kJ / kg base seca). A temperatura do combustível e ar que entra na câmara de combustão é 30^circ C. A análise volumétrica dos produtos da combustão realizada através do analisador tipo ORSAT indica a existência de O2=7,0 % CO2+SO2=10,60 % e CO=0,51 %. A temperatura dos produtos da combustão registrada na base da chaminé foi de 250^circ C. Para efeito de cálculo utilizar a temperatura do óleo combustível igual à temperatura do ar de combustão de 60^circ C. A temperatura ambiente é 30^circ C e umidade relativa do ar atmosférico de 90 %. A temperatura da água de alimentação é 32^circ C.
A partir dos dados sobre a composição elementar do combustível C^t=83 %, H^t=10,4 %, S^t=2,80 %, O^t=0,50 %, N^t=0,3 %, W^t=3 % e A^t=8 %. Considerar, caso necessário, que o consumo de vapor saturado para atomização do combustível seja igual a 0,20 kg / kg de combustível. A tabela abaixo fornece do calor específico médio para o ar, combustível e para os produtos da combustão.
Valores médios Ar Combustível Produtos da <br> Combustão
Calor específico (kJ / m^3 ^circ C) 1,33 1,90 1,60
obtenha:
a) O poder calorífico superior e inferior

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para calcular o poder calorífico superior e inferior do óleo combustível, usando os dados fornecidos sobre a caldeira e a combustão. Vamos precisar entender um pouquinho sobre termodinâmica, especificamente sobre calorias e o que significam esses poderes caloríficos. Vamos lá!

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que são o poder calorífico superior (PCS) e o poder calorífico inferior (PCI). O PCS é a quantidade total de energia liberada quando um combustível queima completamente, incluindo a energia que poderia ser liberada a partir da condensação da água produzida na combustão. Já o PCI não considera essa energia da água condensada.

Passo 3

Para encontrar o PCS e o PCI, vamos usar a composição elementar do combustível fornecida:
  • Carbono ©: 83%
  • Hidrogênio (H): 10,4%
  • Enxofre (S): 2,80%
  • Oxigênio (O): 0,50%
  • Nitrogênio (N): 0,3%
  • Outros (A): 3%
Esses valores são importantes porque cada elemento contribui de maneira diferente para o poder calorífico.

Passo 4

O próximo passo é calcular o PCS. Para isso, usamos a seguinte fórmula:
PCS = Poder Calorífico Superior do CombustívelVolume do Combustível ííí
Mas, na prática, a gente costuma usar tabelas ou fórmulas específicas que relacionam a composição do combustível com seu PCS.

Passo 5

Como não temos uma fórmula direta aqui, vamos considerar que os valores típicos de PCS para combustíveis com alta concentração de carbono e hidrogênio ficam por volta de 41.000 kJ/kg, que é o Poder Calorífico Inferior (PCI) fornecido. Para o PCS, geralmente adiciona-se cerca de 10% a mais devido à energia da água condensada.
Então,
PCS approx PCI + 10% = 41.000 , kJ/kg + 4.100 , kJ/kg = 45.100 , kJ/kg

Passo 6

Agora, vamos confirmar o PCI. Considerando que o PCI já é fornecido como 41.000 kJ/kg, vamos usá-lo diretamente. Esse valor representa a energia disponível sem levar em conta a energia da água da combustão.

Passo 7

Portanto, resumindo:
  • Poder Calorífico Superior (PCS): Aproximadamente 45.100 kJ/kg
  • Poder Calorífico Inferior (PCI): 41.000 kJ/kg

Resposta

O poder calorífico superior é aproximadamente 45.100 kJ/kg e o poder calorífico inferior é 41.000 kJ/kg.

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