calculo rendimento

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MÁQUINAS TÉRMICAS 
AT-101 
Universidade Federal do Paraná 
Curso de Engenharia Industrial Madeireira 
Dr. Alan Sulato de Andrade 
 
alansulato@ufpr.br 
CÁLCULO DO RENDIMENTO 
DE UM GERADOR DE VAPOR 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
INTRODUÇÃO: 
 
 A principal forma de se avaliar um gerador de vapor, 
seria quanto a sua eficiência na conversão da energia 
contida no combustível necessária para se produzir 
vapor. 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
INTRODUÇÃO: 
 
 Obviamente, cada situação deve ser avaliada com 
cuidado. Economicamente nos dias atuais, esperamos 
que o gerador apresente o maior rendimento possível. 
Porém existe situações onde o rendimento do gerador 
é reduzido propositadamente devido a alguns fatores. 
 Ex.: Empresa produz grande quantidade de resíduos, 
e estes são utilizados como combustível. Devido a 
grande disponibilidade, deve-se reduzir a eficiência 
para que os resíduos não se tornem um passivo 
ambiental. 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
INTRODUÇÃO: 
 
 Para se determinar a eficiência, devemos levantar 
diversas informações, desde o tipo de equipamento 
até as perdas, quantidade de vapor produzido e 
combustível utilizado. 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
INTRODUÇÃO: 
 
Combustível 
Perdas 
Vapor produzido 
Gases 
Outros 
Água, Ar 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
PERDAS DE CALOR NUM GV: 
 
 Basicamente são as parcelas de calor não 
aproveitadas ou perdidas na produção de vapor. 
 
 Ocasionais: Decorrentes de má operação ou 
deficiência de projeto ou equipamentos. (São os piores 
e devem ser eliminados) 
 
 Normais: Intrínseco a cada gerador, pré-fixadas pelo 
projeto, fazendo parte da operação do equipamento. 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
PERDAS DE CALOR NUM GV: 
 
 Nas fornalhas 
 Na combustão incompleta, cinzas, irradiação das 
paredes das fornalhas, dos gases de exaustão, 
parada, partida e variação de carga do GV. 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
PERDAS DE CALOR NUM GV: 
 
 Perdas em outras partes do GV. 
 Vazamentos e principalmente por problemas de 
isolamento térmico. 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
PERDAS DE CALOR NUM GV: 
 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
PERDAS DE CALOR NUM GV: 
 
 Com a utilização de materiais isolantes, pode-se 
retardar ou atenuar o fluxo de calor entre o GV e o 
meio. Tipos: Fibras cerâmicas, lã de vidro, refratários, 
sílicas e silicatos. 
Convecção 
Radiação 
Condução 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
PERDAS DE CALOR NUM GV: 
 
 As perdas podem variar conforme o combustível 
utilizado a concepção e a construção de cada 
equipamento. 
 As perdas podem atingir valores superiores a 40%. 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 A transferência de calor em geradores de vapor é um 
complexo conjunto de fenômenos que envolvem troca 
de calor por radiação, convecção e condução térmica. 
O equacionamento teórico deste conjunto é 
complicado e exaustivo e grande parte do 
conhecimento adquirido e aplicado a troca de calor em 
caldeiras e fornos em geral é fruto de relações 
empíricas obtidas por tentativa e erro. Muitas 
informações e dados sobre a troca de calor em 
caldeiras são propriedades dos fabricantes de 
equipamentos e, por razões óbvias, não estão 
disponíveis na literatura aberta. 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 As caldeiras devem ser dimensionadas de maneira a 
encontrar um compromisso ótimo entre o custo de 
investimento, representado pelas características e 
dimensões das superfícies de troca de calor, e o custo 
operacional, representado pelo rendimento térmico 
global do equipamento, objeto de nosso estudo neste 
moemento. 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 Para tanto, o conhecimento pleno da troca de calor 
relativo a caldeiras é primordial, porém, muitas vezes 
isto só é obtido após a construção e operação do 
equipamento. Dados obtidos com determinado tipo ou 
configuração de superfícies de troca de calor não são 
aplicáveis plenamente a configurações diferentes. 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 Segundo os conceitos termodinâmicos, e 
estabelecendo um volume de controle para o 
equipamento, sabemos que: 
 
 
 
 
 
Qentra = Q saída 
Balanço de energia 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Balanço de energia. Deve ser realizado de maneira 
criteriosa visando identificar os principais pontos. 
Q (total) 
Q (útil) 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 Rendimento térmico ou eficiência térmica () de um 
GV consiste na fração do calor liberado pelo 
combustível na fornalha, que é absorvido pela água 
através dos elementos do equipamento. 
Eficiência Bruta 
 
 = (Qútil / Qtotal) * 100 
 
 Qutíl = Calor Útil (W=J/s) 
 Qtotal =Calor Total (W=J/s) 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 Calor Total (Qtotal) 
 Corresponde ao calor capaz de ser gerado pelo 
combustível ao ser queimado na fornalha. 
 
Qtotal = (mcomb * PCI) 
Onde: 
mcomb = quantidade de combustível utilizado (Kg/s) 
PCI = poder calorífico inferior do combustível (J/Kg) 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 Calor Útil (Qútil), corresponde ao calor realmente 
aproveitadora geração de vapor, ou seja, aquele 
transmitido à água para transformá-la em vapor. 
 
Qútil = D * (hvapor – hágua) 
 
Onde: 
D = Descarga de vapor gerado pelo equipamento (kg/s) 
hvapor = entalpia do vapor gerado (J/kg) 
hágua = entalpia da água de alimentação (J/kg) 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
Desta forma, 
Qperdido = Qtotal - Qútil 
 
Onde: 
Qperdido = Calor Perdido (J/s) 
 
 
Qperdido = Qperdidos (soma de todas as parcelas perdidas) 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 Muitas vezes o gerador de vapor possui diversos sub-
sistemas que demandam potencia para seu 
acionamento, como por exemplo, bombas de 
circulação interna e ventiladores de exaustão e 
insuflamento. Assim, o cálculo da eficiência térmica de 
um GV, pode ser refinado ao se considerar mais 
pontos de entrada no balanço energético (devendo 
assim ser alocados na parcela da energia total e 
considerado no balanço de energia), ao considerar 
esta situação, o calculo é denominado de Eficiência 
Líquida. 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 Exercício 1: 
Calcular a eficiência térmica bruta e líquida de um GV levando em 
consideração: 
Caldeira tipo: Flamotubular 
Produção de Vapor: 2000 kg/h, 170°C, 0,8MPa,=1, hv = 2431 KJ/kg 
Água de alimentação: 20°C, h = 302 KJ/kg 
Consumo de combustível = 563 kg/h 
PCI do combustível : 12000 KJ/kg 
Potência demanda pelos sistemas auxiliares (Insuflamento e 
Tiragem): 0,2KW 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
RENDIMENTO TÉRIMICO DE UM GV: 
 
 O rendimento térmico é fator indispensável na análise 
de seleção. Assim é possível estabelecer qual seria o 
equipamentomais indicado para satisfazer a uma 
determinada instalação industrial, calefação ou geração 
de energia elétrica. 
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CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
 
 Além do rendimento, alguns fatores podem ser 
considerados: 
Tipo e características do combustível, 
Equipamento de combustão, 
Pressão e temperatura do vapor gerado, 
Variação da demanda de vapor, 
Custo de instalação, operação e manutenção, 
Espaço disponível, 
Amortização do investimento. 
CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM 
GERADOR DE VAPOR 
PONTOS COMPLEMENTARES. 
NÃO DISCUTIDOS EM AULA. 
 
 
 QUAIS ASPECTOS PODEM IMPACTAR 
DIRETAMENTE A EFICIÊNCIA DOS GV’S? 
 
 QUAL A EFICIÊNCIA TÉRMICA OU RENDIMENTO 
MÉDIO DOS GV’S?