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:
a. O consumo dos respectivos carvões utilizados.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O problema fala sobre calcular quanto de cada tipo de carvão (Candiota e fóssil) precisamos para alimentar uma usina que gera vapor. A gente vai usar conceitos de balanço de energia e composição química dos carvões. Precisamos saber a capacidade da usina, a composição dos carvões e a eficiência térmica para resolver.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a energia total que a usina precisa fornecer para gerar o vapor. Sabemos que a capacidade é de de vapor superaquecido a e . Para isso, usamos a entalpia do vapor nessa condição.

Passo 3

Vamos considerar a temperatura de entrada da água de . A energia necessária para aquecer a água até a condição do vapor é dada pela diferença de entalpia entre os dois estados. Precisamos obter os valores das tabelas de vapor para e e para a água a .

Passo 4

Supondo que a entalpia do vapor superaquecido seja dotQtotal = dotmvapor times (hvapor - hágua) e a da água de entrada seja á, a energia total necessária por segundo é:
á

Passo 5

Considerando o rendimento térmico de dotQfornecida = dotQtotal0,85 , a energia que precisa ser fornecida pelos carvões é:

Passo 6

Agora, vamos calcular a energia fornecida por cada tipo de carvão. Para isso, usamos o poder calorífico de cada carvão, que depende de sua composição. O poder calorífico é a energia liberada na queima completa do carvão.

Passo 7

Considerando as porcentagens de carbono, hidrogênio, enxofre e outros elementos, calculamos o poder calorífico de cada carvão usando a seguinte fórmula simplificada:
PCC = (C times 33,33) + (H times 141,86) + (S times 9,65) , [kJ/kg]
Onde , , e são as porcentagens em massa de carbono, hidrogênio e enxofre, respectivamente.

Passo 8

Calculamos o PCC para cada carvão:
Para o carvão de Candiota:
PCCCandiota = (38 times 33,33) + (2,96 times 141,86) + (2,4 times 9,65) approx 1266,54 , kJ/kg
Para o carvão fóssil:
PCCFóssil = (47 times 33,33) + (3 times 141,86) + (4 times 9,65) approx 1566,51 , kJ/kg ó

Passo 9

Agora, sabendo a energia total que precisa ser fornecida e o PCC de cada carvão, podemos calcular a massa necessária de cada carvão:
dotmcarvão = dotQfornecidaPCC ã

Passo 10

Assumindo que a energia fornecida será dividida proporcionalmente entre os dois carvões, calculamos:
dotmCandiota = dotQfornecidaPCCCandiota
dotmFóssil = dotQfornecidaPCCFóssil óó

Resposta

O consumo necessário de carvão de Candiota é aproximadamente kg/s e de carvão fóssil é aproximadamente ó kg/s para alimentar a usina com 170 kg/s de vapor superaquecido, considerando um rendimento térmico de 85%.

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