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:
a. O consumo dos respectivos carvões utilizados.
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
e a da água de entrada seja
, a energia total necessária por segundo é:
Passo 5
Considerando o rendimento térmico de
, 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:
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:
Para o carvão fóssil:
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:
Passo 10
Assumindo que a energia fornecida será dividida proporcionalmente entre os dois carvões, calculamos:
Resposta
O consumo necessário de carvão de Candiota é aproximadamente
kg/s e de carvão fóssil é aproximadamente
kg/s para alimentar a usina com 170 kg/s de vapor superaquecido, considerando um rendimento térmico de 85%.