O motor Vaukesha VHP5904LT, cujas informações técnicas são fornecidas na tabela 1, deve ser empregado em um sistema de cogeração de um aeroporto que demanda 2100 kW (ele) e 3240 kW para climatização do ambiente em um sistema de ar-condicionado; gás natural é empregado como combustível (Cpgas = 1,2 kJ / kgK ). Uma das alternativas estudadas para atender às flutuações diárias da climatização consiste em empregar um sistema de refrigeração por absorção (COP=0,8), acionado pelos gases de exaustão do motor (saindo do gerador do SRA a 170^circ C ) e dois sistemas de refrigeração por compressão de vapor (COP=4) com capacidade individual de 840 k (procure informações sobre o Aeroporto Internacional Zumbi dos Palmares, em Maceió, AL - esses dados dizem respeito a tal empreendimento):
b) Calcule a vazão de gases de exaustão necessária para acionar o sistema de absorção;

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um motor Vaukesha VHP5904LT que precisa atender a demanda de 2100 kW de energia elétrica e 3240 kW para climatização no Aeroporto Internacional Zumbi dos Palmares em Maceió, AL. Para lidar com as variações diárias na climatização, estamos usando um sistema de refrigeração por absorção com COP (Coeficiente de Performance) de 0,8, que funciona com os gases de exaustão do motor a 170°C. Nosso objetivo aqui é calcular a vazão de gases de exaustão necessária para acionar esse sistema de absorção.

Passo 2

Vamos começar identificando a quantidade de energia que o sistema de absorção precisa para fornecer a climatização requerida. A demanda total de climatização é de 3240 kW, e temos dois sistemas de refrigeração por compressão de vapor, cada um com capacidade de 840 kW. Então, a contribuição desses dois sistemas é:
2 times 840, kW = 1680, kW
Isso significa que o sistema de absorção precisa cobrir o restante da demanda:
3240, kW - 1680, kW = 1560, kW

Passo 3

Agora, precisamos determinar a quantidade de energia que o sistema de absorção precisa absorver dos gases de exaustão. Sabemos que o Coeficiente de Performance (COP) relaciona a energia fornecida para o resfriamento ( Qresfriamento) com a energia necessária para operar o sistema ( Qentrada):
COP = QresfriamentoQentrada
Rearranjando a fórmula para encontrar Qentrada:
Qentrada = QresfriamentoCOP = 1560, kW0,8 = 1950, kW
Isso significa que o sistema de absorção precisa de 1950 kW da energia fornecida pelos gases de exaustão.

Passo 4

Para encontrar a vazão de gases de exaustão necessária, usamos a relação entre a energia disponível nos gases e a massa dos gases. A energia disponível ( Q) pode ser calculada pela fórmula:
Q = dotm times Cpgas times De
Onde:
  • dotm é a vazão mássica dos gases de exaustão (kg/s).
  • Cpgas é a capacidade calorífica dos gases (1,2 kJ/kgK).
  • De é a variação de temperatura dos gases. Assumindo que os gases esfriam de 170°C até, por exemplo, 25°C, temos:
De

Passo 5

Rearranjando a fórmula para encontrar dotm:
dotm = QCpgas times De
Convertendo kW para kJ/s (já que 1 kW = 1 kJ/s):
dotm = 1950, kJ/s1,2, kJ/kgK times 145, K = 1950174 approx 11,21, kg/s

Resposta

A vazão de gases de exaustão necessária para acionar o sistema de absorção é de aproximadamente 11,2 kg/s.

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