Caldeira (cálculo vapor por gás)

RESPOSTA TÉCNICA

Título Taxa de produção de vapor em caldeira em função do combustível

Resumo Informações básicas sobre como calcular, em caldeiras, a taxa de produção de vapor em função da taxa de injeção de combustível.

Palavras-chave Caldeira; combustão; vapor; calor; poder calorífico

Assunto Fabricação de obras de caldeiraria pesada

Demanda Em caldeiras, como calcular a vazão de entrada de combustível (ex.: briquete) necessária para se produzir 1000 kg de vapor por hora?

Solução apresentada Para fazer o cálculo acima, são necessárias as seguintes informações: • • • •

Pressão do vapor na caldeira, ou sua temperatura; t emperatura; Temperatura da água que entra na caldeira; Poder calorífico do combustível; Eficiência energética da caldeira.

A partir da pressão do vapor ou de sua temperatura é possível consultar consultar tabelas de vapor saturado, usualmente encontradas em literatura especializada especializada (ex.: livros básicos de termodinâmica, etc.), de forma a se obter a entalpia do vapor. Se a caldeira for usada exclusivamente exclusivamente para gerar vapor para aquecimento deve-se considerar considerar a entalpia do vapor saturado seco, que é o mais indicado para tal finalidade.

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Tabela 1 – Entalpia do vapor de água seco e saturado, sob várias condições de pressão e temperatura Pressão absoluta do vapor Temperatura Entalpia do vapor seco saturado* 2 (kgf/cm ) (ºC) (kcal/kg) 1,00 99,1 638,8 1,50 110,8 643,1 2,00 119,6 646,3 2,50 126,8 648,7 3,00 132,9 650,7 3,50 138,2 652,4 4,00 142,9 653,9 4,50 147,2 655,2 5,00 151,1 656,3 6,00 158,1 658,3 7,00 164,2 659,9 8,00 169,6 661,2 9,00 174,5 662,3 10,0 179,0 663,8 11,0 182,2 664,1 12,0 187,1 664,9 13,0 190,7 665,6 14,0 194,1 666,2 15,0 197,4 666,7 16,0 200,4 667,1 17,0 203,3 667,5 18,0 206,1 667,8 19,0 208,8 668,2 *Entalpias de referência: água saturada a 0ºC possui entalpia zero; água saturada a 23,7ºC possui entalpia 23,81 kcal/kg. Fonte: SMITH, VAN NESS, ABBOTT (1996)

Uma vez encontrada na tabela o valor da entalpia do vapor Η v , subtrai-se dele o valor da entalpia da água que entra na caldeira  H o , obtendo-se ∆ H vap =  H v − H o . Na TAB.1, a unidade da entalpia é dada em kcal/kg. O poder calorífico de um combustível é a quantidade de calor emitida pela sua combustão completa, para cada quilograma de combustível. O poder calorífico será indicado a seguir pela abreviação PCI . Ela geralmente é indicada em kcal/kg. A fórmula que relaciona a vazão de combustível à vazão de vapor em uma caldeira está mostrada abaixo: vazão de combustível vazão de vapor 

vap

=

100 × ∆ H 

PCI  × (% eficiência da caldeira )

Exemplo do cálculo do consumo de combustível Considere uma caldeira que aquece água inicialmente a 23,7ºC, gerando vapor com pressão 2 absoluta de 7 ,0 kgf/cm a uma taxa de 1000 kg de vapor por hora com o uso de lenha como combustível. Uma amostra desta lenha foi levada a um laboratório e constatou-se que ela possui poder calorífico PCI = 3800 kcal/kg. O fabricante da caldeira estima que a eficiência energética do equipamento é de cerca de 55% com o uso da lenha. Solução: 2

Na TAB. 1, procure pela linha cuja pressão seja 7,0 kgf/cm . Obtém-se: Copyright  © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br

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 H v = 659,9 kcal/kg Subtraia deste valor, o valor de referência, que é em razão de a água de entrada estar a 23,7ºC:  H o = 23,81 kcal/kg Obtém-se: vap

∆ H 

v

o

=  H  − H 

= 659,9 – 23,81 = 636,1 kcal/kg

A partir das demais informações fornecidas, Vazão de vapor = 1000 kg/h, PCI = 3800 kcal/kg, % Eficiência da caldeira = 55%, calcula-se a taxa de entrada de combustível necessária utilizando a fórmula anterior em destaque: vazão de combustível 1000

=

100 × 636,1 3800 × 55

Vazão de combustível = 304,3 kg/h Portanto, a cada hora são necessários 304,3 kg da lenha para cada 1000 kg de vapor gerados nesta caldeira, nas condições apresentadas.

Conclusões e recomendações A fórmula mostrada serve apenas para dar uma estimativa preliminar da relação entre a necessidade de combustível e a produção de vapor. Para o cálculo, são necessárias informações próprias do combustível a ser usado (poder calorífico) e da caldeira (eficiência). Estas informações devem ser obtidas caso a caso, seja com ensaios em laboratório, seja por meio de consulta ao fabricante do equipamento. Consulte o fabricante da caldeira para obter mais informações.

Fontes consultadas SMITH; VAN NESS; ABBOTT. Introduction Nova Iorque: McGraw-Hill, 1996.

to chemical engineering thermodynamics .

Elaborado por Marcelo Shiniti Uchimura

Nome da Instituição respondente Instituto de Tecnologia do Paraná – TECPAR

Data de finalização 10 ago. 2007 Copyright  © Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT - http://www.sbrt.ibict.br

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