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.

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 á, a energia total necessária por segundo é:
á

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:
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:
ã

Passo 10

Assumindo que a energia fornecida será dividida proporcionalmente entre os dois carvões, calculamos:
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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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 taxa de perda de calor através do telhado naquela noite. Resp: 1920 W
Considerando os mesmos dados da questão 1, mas admitindo agora que as perdas de calor diminuíram de para , pede-se para estimar o quanto reduziu o consumo de cada combustível para um ano de operação. Expresse a diferença real em tEP/ano considerando o regime de operação de 24hr/dia.
Dados: .
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:
Obtenha a relação para a variação de temperatura na placa da base de ferro resolvendo a equação diferencial;
Resp:
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:
O custo dessa perda de calor para o proprietário durante 1 mês, considerando que o custo da eletricidade é de . Resp: