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:
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:
  1. 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 $.
  2. Hidrogênio:
    • 2 mols de H O2 (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 $.
  3. 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 $.
  4. 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 2O). A umidade relativa indica a quantidade de vapor d’água no ar. Para calcular o volume total do ar úmido, usamos a relação:
Vúmido = Vseco times (1 + Umidade100) ú
Onde a umidade é 90%.

Passo 9

Substituindo os valores:
Vúmido = 4,23 times (1 + 90100) = 4,23 times 1,90 approx 8,04 m^3 ú

Resposta

O volume total do ar úmido necessário é aproximadamente 8,04 metros cúbicos.

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