Os carvões de Candiota com composição C: , cinzas: 50,3% e do carvão fóssil em C: , H: , S: , O: , N: 1%, cinzas: . Uma unidade geradora de vapor, com capacidade para de vapor superaquecido ( ), é projetada para queimar estes combustíveis. A temperatura da água de alimentação é de . e que as cargas térmicas inferiores a . Admitindo um rendimento térmico da ordem de 85%, estimar:
b. O volume mínimo para a câmara de combustão para cada combustível.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado está pedindo para calcular o volume mínimo da câmara de combustão para dois tipos de carvão (Candiota e fóssil) usados em uma unidade geradora de vapor. Estamos lidando com temas de termodinâmica e engenharia de combustão. Para isso, vamos precisar entender a carga térmica, a eficiência térmica e as propriedades dos combustíveis. Vamos precisar calcular a energia necessária para gerar o vapor e depois determinar quanto espaço a câmara de combustão precisa ter para distribuir essa energia de forma adequada.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade de energia necessária para gerar o vapor. Sabemos que a unidade gera 170 kg/s de vapor sobreaquecido a 10 MPa e 520°C, partindo de água a 80°C.
Para isso, precisamos usar a fórmula da potência térmica necessária:
Onde:
  • é a potência térmica necessária (em kW)
  • é a massa do vapor gerado por segundo (170 kg/s)
  • é o calor latente de vaporização da água
  • é o calor para superaquecer o vapor
  • é a eficiência térmica (85% ou 0,85)

Passo 3

Vamos determinar o e . Usando tabelas de propriedades termodinâmicas da água:
  • Para 10 MPa e 80°C, o aproximadamente é 2200 kJ/kg
  • O calor para superaquecer até 520°C será cerca de 2000 kJ/kg
Então, a energia total por kg de vapor é:

Passo 4

Agora, calculamos a potência térmica necessária considerando a eficiência:

Passo 5

Sabemos que a carga térmica máxima permitida é de 400 kW/m³. Para encontrar o volume mínimo da câmara de combustão, usamos:
é

Passo 6

No entanto, esse cálculo é genérico. Precisamos ajustar para cada tipo de combustível, considerando seu poder calorífico e composição. Vamos analisar os carvoes de Candiota e fóssil separadamente.

Passo 7

Para cada carvão, calculamos o poder calorífico usando a fórmula de Dulong:
Onde , , , e são as porcentagens em massa do carbono, hidrogênio, oxigênio e enxofre, respectivamente.

Passo 8

Calculando para o carvão de Candiota:

Passo 9

Calculando para o carvão fóssil:
ó
ó
ó

Passo 10

Agora, calculamos a massa de cada carvão necessária para fornecer a energia :
Para Candiota:
Para Fóssil:
ó

Passo 11

Considerando que a carga térmica máxima é de 400 kW/m³, o volume para cada tipo de carvão será:

Resposta

O volume mínimo da câmara de combustão necessário para queimar o carvão de Candiota é de aproximadamente 2100 m³, e para o carvão fóssil, também é de 2100 m³.

Exercícios relacionados

O telhado de uma casa com aquecimento elétrico tem 8 m de comprimento, 6 m de largura e 0,3 m de espessura e é feito de uma camada plana de concreto, cuja condutividade térmica é . As temperaturas das superfícies interna e externa do telhado, medidas durante 10 horas em uma noite, são de 292 e 277 K , respectivamente. Determine:
a) A taxa de perda de calor através do telhado naquela noite.
b) O custo dessa perda de calor para o proprietário durante 1 mês, considerando que o custo da eletricidade é de .
Considere a placa da base de um ferro de passar de 1200 W , espessura , área da base e condutividade térmica . a superfície interna da placa está sujeita a um fluxo de calor uniforme gerado pela resistência do ferro. Quando alcança condições de operação permanentes, a temperatura da superfície externa da placa mede . Desconsiderando qualquer perda de calor através da seção superior do ferro:
Expresse a equação diferencial e as condições de contorno para condução de calor unidimensional permanente através da placa.
Resp.:
Na superfície de um maciço terroso e em três pontos colineares e espaçados de 2 m , atuam cargas de 64 , 16 e 20 N , nesta ordem. Calcule as pressões resultantes nas verticais das cargas, na profundidade de 1 m .
Considere a placa da base de um ferro de passar de 1200 W , espessura , área da base e condutividade térmica . a superfície interna da placa está sujeita a um fluxo de calor uniforme gerado pela resistência do ferro. Quando alcança condições de operação permanentes, a temperatura da superfície externa da placa mede . Desconsiderando qualquer perda de calor através da seção superior do ferro:
a) Expresse a equação diferencial e as condições de contorno para condução de calor unidimensional permanente através da placa.