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.
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:
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:
Passo 10
Agora, calculamos a massa de cada carvão necessária para fornecer a energia
:
Para Candiota:
Para Fóssil:
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.