Para o problema 10, supondo que a eficiência da caldeira seja de 95%, calcule a vazão mássica de combustível para o combustível:
a) Bagaço de cana com 50 % de umidade
b) Gás natural
c) Lenha com 20 % de umidade e pci de 2300 kcal / kg
d) Cavaco com pci de 2500 kcal / kg

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa calcular a vazão mássica de combustível para uma caldeira que tem 95% de eficiência. Para isso, vamos usar a matéria de termodinâmica, especificamente sobre poder calorífico dos combustíveis. Vamos precisar da fórmula que relaciona a energia necessária com o poder calorífico e a eficiência da caldeira.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar qual é a fórmula que conecta esses valores. A vazão mássica de combustível ( dotm = QPCI times eta ) pode ser calculada usando a seguinte equação:
Onde:
  • é a energia necessária para a caldeira (em kcal/h ou outra unidade de energia).
  • é o Poder Calorífico Inferior do combustível (em kcal/kg).
  • é a eficiência da caldeira (em decimal, então 95% vira 0,95).

Passo 3

Agora, vamos aplicar essa fórmula para cada tipo de combustível listado no exercício. Mas atenção! Quando o combustível tem um certo nível de umidade, isso afeta o seu poder calorífico efetivo. Precisamos ajustar o PCI para considerar a umidade.
A fórmula ajustada para combustíveis com umidade é:
PCIefetivo = PCI times (1 - umidade)
Onde a umidade está em forma decimal (por exemplo, 50% é 0,5).

Passo 4

a) Bagaço de cana com 50% de umidade

  1. Dados:
    • Umidade: 50% = 0,5
    • Vamos supor que o PCI do bagaço de cana seja, por exemplo, 4000 kcal/kg (esse valor pode variar dependendo da fonte).
  2. Ajustando o PCI:
    PCIefetivo = 4000 times (1 - 0,5) = 2000 , kcal/kg
  3. Calculando a vazão mássica:
    dotm = Q2000 times 0,95 = Q1900 , kg/h

b) Gás natural

  1. Dados:
    • Gás natural geralmente tem um PCI de cerca de 9000 kcal/m³. Contudo, para ter a unidade em relação à massa, precisamos do poder calorífico por kg. Supondo que seja aproximadamente 5000 kcal/kg.
  2. Como não há umidade:
    PCIefetivo = 5000 , kcal/kg
  3. Calculando a vazão mássica:
    dotm = Q5000 times 0,95 = Q4750 , kg/h

c) Lenha com 20% de umidade e PCI de 2300 kcal/kg

  1. Dados:
    • Umidade: 20% = 0,2
    • PCI: 2300 kcal/kg
  2. Ajustando o PCI:
    PCIefetivo = 2300 times (1 - 0,2) = 1840 , kcal/kg
  3. Calculando a vazão mássica:
    dotm = Q1840 times 0,95 = Q1748 , kg/h

d) Cavaco com PCI de 2500 kcal/kg

  1. Dados:
    • Não há informação sobre umidade, então assumimos imediato.
    • PCI: 2500 kcal/kg
  2. Ajustando o PCI (sem umidade):
    PCIefetivo = 2500 , kcal/kg
  3. Calculando a vazão mássica:
    dotm = Q2500 times 0,95 = Q2375 , kg/h

Resposta

Assim, a vazão mássica de combustível para cada tipo é:
a) Bagaço de cana:
b) Gás natural:
c) Lenha:
d) Cavaco:
Lembre-se de substituir pelo valor específico da energia necessária para a caldeira no seu problema!

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