Um óleo combustível é queimado com ar em uma caldeira. A combustão produz 813 kW de energia térmica, 65 % da qual é transferida como calor aos tubos da caldeira que passam através da fornalha. Os produtos de combustão passam da fornalha para uma chaminé a 550^circ C. A água entra na caldeira como líquido a 30^circ C e sai como vapor saturado a 20 bar (absoluto).
Use as tabelas de vapor para estimar a vazão volumétrica do vapor produzido. R: 70,86 m^3 / h.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a gente tem aqui. Temos um problema de termodinâmica onde um óleo combustível está sendo queimado em uma caldeira, produzindo 813 kW de energia térmica. Desses, 65% vão para aquecer os tubos da caldeira. A água entra na caldeira a 30°C e sai como vapor saturado a 20 bar (absoluto). A gente precisa usar as tabelas de vapor para descobrir qual é a vazão volumétrica do vapor produzido. Para resolver isso, vamos precisar entender como calcular a quantidade de calor transferida, usar as propriedades do vapor de água nas tabelas e aplicar algumas fórmulas básicas de termodinâmica.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade de energia térmica que está realmente sendo transferida para a água. Sabemos que a combustão produz 813 kW, e 65% disso vai para os tubos da caldeira. Então, multiplicamos os 813 kW por 0,65 para achar essa parte.
Q = 813 , kW times 0,65 = 528,45 , kW

Passo 3

Agora, precisamos calcular a quantidade de calor que a água absorve para se transformar de líquido a vapor. Para isso, usamos a fórmula:
Q = dotm times De
Onde:
  • $ Q $ é a potência térmica (528,45 kW)
  • $ \dot{m} $ é a vazão mássica da água em kg/h
  • $ \Delta h $ é a entalpia de vaporização da água a 20 bar

Passo 4

Vamos buscar o valor de $ \Delta h $ nas tabelas de vapor para 20 bar. A entalpia de vaporização ($ h_{fg} $) para 20 bar é aproximadamente 1916 kJ/kg.
De

Passo 5

Rearranjando a fórmula para encontrar a vazão mássica $ \dot{m} $:
dotm
dotm = QDe

Passo 6

Agora, precisamos converter a vazão mássica para vazão volumétrica. Para isso, usamos a densidade do vapor de água a 20 bar. Nas tabelas de vapor, a densidade ($ \rho $) para vapor saturado a 20 bar é aproximadamente 6,408 kg/m³.
rho ³³

Resposta

A vazão volumétrica do vapor produzido é aproximadamente 70,86 m³/h.

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