Os carvões de Candiota com composição C: 38 %, H: 2,96 %, N: 0,4 % O: 5,94 %, S: 2,4 %, cinzas: 50,3% e do carvão fóssil em C: 47 %, H: 3 %, S: 4 %, O: 5 %, N: 1%, cinzas: 40 %. Uma unidade geradora de vapor, com capacidade para 170 kg / s de vapor superaquecido ( 10 MPa ; 520^circ C ), é projetada para queimar estes combustíveis. A temperatura da água de alimentação é de 80^circ C. e que as cargas térmicas inferiores a 400 kW / m^3. 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:
Q = m cdot (hfg + hfgs)eta
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 htotal = hfg + hfgs = 2200 + 2000 = 4200 , kJ/kg 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:
Q = m cdot htotaleta = 170 , kg/s cdot 4200 , kJ/kg0,85 approx 840,000 , kW

Passo 5

Sabemos que a carga térmica máxima permitida é de 400 kW/m³. Para encontrar o volume mínimo da câmara de combustão, usamos:
V = QCarga térmica = 840,000 , kW400 , kW/m^3 = 2100 , m^3 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:
CP = 337 , C + 1442 , (H - O8) + 93 , S
Onde , , , e são as porcentagens em massa do carbono, hidrogênio, oxigênio e enxofre, respectivamente.

Passo 8

Calculando para o carvão de Candiota:
CPCandiota = 337 times 38 + 1442 times (2.96 - 5.948) + 93 times 2.4
CPCandiota approx 127, 86 + 1442 times (2.96 - 0.7425) + 223.2
CPCandiota approx 12786 + 1442 times 2.2175 + 223.2 approx 12786 + 3195.87 + 223.2 approx 16205 , kJ/kg

Passo 9

Calculando para o carvão fóssil:
CPFóssil = 337 times 47 + 1442 times (3 - 58) + 93 times 4 ó
CPFóssil approx 15839 + 1442 times (3 - 0.625) + 372 ó
CPFóssil approx 15839 + 1442 times 2.375 + 372 approx 15839 + 3421 + 372 approx 19732 , kJ/kg ó

Passo 10

Agora, calculamos a massa de cada carvão necessária para fornecer a energia m = QCP :
mCandiota = 840,000 , kW16205 , kJ/kg approx 51.75 , kg/s
Para Candiota:
mFóssil = 840,000 , kW19732 , kJ/kg approx 42.6 , kg/s
Para Fóssil:
ó

Passo 11

Considerando que a carga térmica máxima é de 400 kW/m³, o volume para cada tipo de carvão será:
V = Q400 = 840,000400 = 2100 , m^3

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.

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