Um superaquecedor com rendimento de 87 % operando a 1,4 MPa atende uma demanda de 2210 / / h de vapor superaquecido a 330^circ C, fornecido por uma caldeira de eficiência 90 % que gera vapor saturado a 195^circ C, essa alimentada por água a 185^circ C.O indicador de calor especifico dos gases na regiăo do superaquecedor registrou 1,901 kJ / m^3 bul<=t Ce sabe-se que o poder calorifico inferior do combustivel usado na planta é de 36,96 MJ / kg. Sabe-se que há uma perda de 100^circ C na temperatura dos gases no superaquecedor e de 150^circ C na caldeira. Com essas informaçöes e sabendo que o calor especifico da água é de 4200J/kg, Calcule:
O volume de gases de queima por kg de combustivel que circula no processo.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão envolve termodinâmica, especificamente eficiência de equipamentos como caldeira e superaquecedor, além de balanço de energia. Precisamos calcular o volume de gases de queima por quilo de combustível que circula no processo. Para isso, vamos utilizar conceitos de eficiência térmica, calor específico e poder calorífico.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a demanda de vapor no processo. A caldeira gera vapor saturado a 195^circ C com eficiência de 90%, e esse vapor é alimentado para o superaquecedor que o aquece até 330^circ C com eficiência de 87%. A quantidade de vapor necessária é de 2210 kg/h.

Passo 3

Vamos calcular a energia necessária para aquecer o vapor na caldeira. Usamos a fórmula:
Qcaldeira = m times Cágua times Deá
onde:
  • $ m = 2210 , \mathrm{kg/h} $
  • $ C_{água} = 4200 , \mathrm{J/kg \cdot °C} $
  • $ \Delta T = 195^{\circ} \mathrm{C} - 185^{\circ} \mathrm{C} = 10^{\circ} \mathrm{C} $
Convertendo a massa para kg/s:
m = 2210 , kg/h
Calculando $ Q_{caldeira} $:
Cágua = 4200 , J/kg cdot °C

Passo 4

Considerando a eficiência da caldeira de 90%, a energia fornecida pelo combustível é:
Qfornecida = Qcaldeiraetacaldeira = 25.7880.90 approx 28.653 , kW

Passo 5

Agora, vamos calcular a energia necessária para o superaquecedor. A temperatura do superaquecimento é de 330^circ C com eficiência de 87%, e há uma perda de 100^circ C nos gases:
De
A energia requerida:
Qsuperaquecedor = m times Cágua times Deá
Convertendo para kW:
Qsuperaquecedor = 348.8223600 approx 96.34 , kW
Considerando a eficiência de 87%:
Qfornecida super = 96.340.87 approx 110.66 , kW

Passo 6

A energia total fornecida pelo combustível é a soma das energias da caldeira e do superaquecedor:
Qtotal = 28.653 + 110.66 approx 139.313 , kW

Passo 7

Agora, vamos calcular a quantidade de combustível necessária. Sabemos que o poder calorífico inferior do combustível é de 36.96 , MJ/kg:
dotmcombustível = QtotalPcalorífico = 139.313 times 10^336.96 times 10^6 approx 0.003767 , kg/s íí
Convertendo para kg/h:
dotmcombustível = 0.003767 times 3600 approx 13.56 , kg/h í

Passo 8

Por fim, vamos determinar o volume de gases de queima por kg de combustível. Sabemos que o calor específico dos gases é 1.901 , kJ/m^3 cdot °C e há uma perda de 100^circ C nos gases:
Vgases = Qtotal times Deí

Resposta

O volume de gases de queima por quilo de combustível que circula no processo é de aproximadamente 540 , m^3/kg.

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