Uma caldeira ZFW-SF 150, flamotubular, capacidade 3,30 t/h de vapor saturado a uma pressão de
, opera em uma fábrica consumindo
de óleo combustível BPF (
base seca). A temperatura do combustível e ar que entra na câmara de combustão é
. A análise volumétrica dos produtos da combustão realizada através do analisador tipo ORSAT indica a existência de
e
. A temperatura dos produtos da combustão registrada na base da chaminé foi de
. Para efeito de cálculo utilizar a temperatura do óleo combustível igual à temperatura do ar de combustão de
. A temperatura ambiente é
e umidade relativa do ar atmosférico de
. A temperatura da água de alimentação é
.
A partir dos dados sobre a composição elementar do combustível
,
e
. Considerar, caso necessário, que o consumo de vapor saturado para atomização do combustível seja igual a
de combustível. A tabela abaixo fornece do calor específico médio para o ar, combustível e para os produtos da combustão.
A partir dos dados sobre a composição elementar do combustível
Valores médios | Ar | Combustível | Produtos da <br> Combustão |
---|---|---|---|
Calor específico
|
1,33 | 1,90 | 1,60 |
obtenha:
c) Volume total do ar úmido
c) Volume total do ar úmido
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem um exercício sobre uma caldeira que está queimando óleo combustível e quer descobrir o volume total do ar úmido que está sendo utilizado nesse processo. A matéria envolve termodinâmica e combustão, então vamos precisar entender como a mistura de ar e combustível se comporta durante a queima. Para resolver isso, vamos precisar dos dados fornecidos sobre a composição do combustível, as condições de operação da caldeira e algumas propriedades termodinâmicas básicas.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender a relação entre o combustível e o ar na combustão. Sabemos que para queimar o óleo combustível, uma certa quantidade de ar é necessária. Essa quantidade depende da composição do combustível, especificamente os elementos como carbono ©, hidrogênio (H), enxofre (S), oxigênio (O), nitrogênio (N) e outros.
Passo 3
Vamos começar calculando a quantidade de ar teoricamente necessária para a combustão completa do óleo combustível. Para isso, usamos a composição elemental do combustível:
- $ C^t = 83% $
- $ H^t = 10,4% $
- $ S^t = 2,80% $
- $ O^t = 0,50% $
- $ N^t = 0,3% $
- $ W^t = 3% $
- $ A^t = 8% $
Passo 4
A combustão completa do combustível envolve a reação de cada elemento com o oxigênio do ar:
- Carbono: $ C + O_2 \rightarrow CO_2 $
- Hidrogênio: $ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O $
- Enxofre: $ S + O_2 \rightarrow SO_2 $
Passo 5
Vamos calcular a quantidade de oxigênio necessária para cada elemento:
-
Carbono:
- 1 mol de C reage com 1 mol de $ O_2 $ para formar 1 mol de $ CO_2 $.
- Portanto, para 83% de C, precisamos de 83% de $ O_2 $.
-
Hidrogênio:
- 2 mols de H
(ou 4 mols de H) reagem com 1 mol de $ O_2 $. - Para 10,4% de H, precisamos de $ \frac{10,4}{4} = 2,6% $ de $ O_2 $.
- 2 mols de H
-
Enxofre:
- 1 mol de S reage com 1 mol de $ O_2 $ para formar $ SO_2 $.
- Para 2,80% de S, precisamos de 2,80% de $ O_2 $.
-
Oxigênio no combustível:
- Parte do oxigênio já está no combustível, então subtraímos essa quantidade.
- $ 0,50% $ de O já está presente, então precisamos de $ 83 + 2,6 + 2,8 - 0,5 = 88,9% $ de $ O_2 $.
Passo 6
Sabemos que o ar é composto aproximadamente por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio. Então, para cada 1 mol de $ O_2 $, temos $ \frac{79}{21} \approx 3,76 $ mols de $ N_2 $.
Passo 7
Agora, calculamos o volume total de ar seco necessário para fornecer os 88,9% de $ O_2 $:
- Mols de ar seco necessários: $ \frac{88,9}{21} \approx 4,23 $ moles de ar por mol de $ O_2 $.
Passo 8
Considerando a umidade do ar, que está a 90%, precisamos ajustar o volume para incluir a água presente no ar (H
O). A umidade relativa indica a quantidade de vapor d’água no ar. Para calcular o volume total do ar úmido, usamos a relação:
Onde a umidade é 90%.
Passo 9
Substituindo os valores:
Resposta
O volume total do ar úmido necessário é aproximadamente 8,04 metros cúbicos.