EER0013 Aula 15 Tiragem

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Universidade Federal da Integração Latino-Americana
Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Território e Infraestrutura
Engenharia de Energia
Prof. Fabyo Luiz Pereira
fabyo.pereira@unila.edu.br
UNILA – ILATTI – EE Foz do Iguaçu / PR
Aula 15 – Tiragem
EER0013 – Máquinas Térmicas
EER0013 – Máquinas Térmicas 2 / 16
Tópicos da Aula
● Tiragem:
● Sistemas de tiragem:
● Natural.
● Mecânica:
● Forçada.
● Induzida.
● Balanceada.
● Perdas de carga dos gases:
● Coeficiente de atrito.
● Coeficiente de perda de carga:
● Dutos retos.
● Feixes tubulares.
● Chaminés.
● Ventiladores.
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● Sistemas de Tiragem:
● Tiragem é o resultado da corrente ascensional de ar quente e da descensional de 
ar frio no cano de uma chaminé.
● Movimentação do ar e dos gases de combustão é garantida por:
● Ventiladores centrífugos.
● Efeito de sucção da chaminé.
● Câmara de combustão pode operar em depressão ou pressurizada.
● Tipos de sistemas de tiragem:
● Tiragem natural.
● Tiragem mecânica (ou artificial):
● Tiragem forçada.
● Tiragem induzida.
● Tiragem balanceada.
 Sistemas de Tiragem
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● Tiragem natural:
● A câmara de combustão opera sempre em depressão.
● O efeito de sucção da chaminé garante:
● O suprimento de ar adequado.
● Remoção dos gases de combustão.
● Aplica-se apenas a caldeiras que apresentem baixas perdas de carga ao fluxo de 
gases.
 Sistemas de Tiragem
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● Tiragem mecânica:
● As perdas de carga são superadas com o uso combinado de:
● Ventiladores.
● Exaustores.
● Chaminés.
● Os ventiladores e exaustores controlam a pressão no interior da câmara de 
combustão.
● Tipos de tiragem mecânica:
● Tiragem forçada.
● Tiragem induzida.
● Tiragem balanceada.
 Sistemas de Tiragem
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● Tiragem forçada:
● Utiliza-se um ou mais ventiladores prementes,
gerando pressão positiva na fornalha.
● As perdas de carga são superadas e os gases são
forçados a escoar no sentido da chaminé.
● Tiragem induzida:
● Utiliza-se um ou mais exaustores na base da
chaminé, gerando depressão na fornalha.
● Não garante controle adequado da distribuição
de ar e da pressão interna na fornalha.
● Tiragem balanceada:
● Misto das duas anteriores.
● Utiliza-se um ou mais ventiladores prementes e
um ou mais exaustores na base da chaminé.
 Sistemas de Tiragem
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● Perdas de Carga dos Gases de Combustão:
● O efeito de tiragem deve se sobrepor às
perdas de carga impostas ao escoamento.
● Em médias e grandes unidades as perdas
de carga são maiores, pois:
● Distância percorrida pelos gases é maior.
● Maior número de componentes em
contato com os gases de combustão.
● Equação fundamental para determinação das perdas de carga:
● Ou:
● Onde:
K Coeficiente de perda de carga [ ].→
G Velocidade mássica [kg/m→ 2.s].
Perdas de Carga dos Gases de Combustão
Δ p=K ρ V
2
2
Δ p=K G
2
2ρ
, onde G=ρV
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● Coeficiente de Perda de Carga:
● Dado pela razão entre a perda de carga e a pressão dinâmica do fluido na seção 
considerada:
● Seu valor varia de acordo com a geometria do componente.
● Dutos retos de seção constante (incluindo chaminés):
● Neste caso o coeficiente de perda de carga é dado por:
● O coeficiente de atrito f depende do número de Reynolds e da rugosidade 
relativa da parede, e pode ser determinado de duas formas:
● Lendo gráficos como o diagrama de Moody.
● Usando equações implícitas, como a de Colebrook:
Coeficiente de Perda de Carga
K= Δ p
ρV 2/2
K=f L
dh
f={ 11,14+2 log Dε −2 log [1+ 9,3Re εD √ f ]}
2
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 Diagrama de Moody para determinar o fator de atrito de 
escoamentos completamente desenvolvidos em tubos circulares.
Coeficiente de Perda de Carga
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● Feixes tubulares com Re > 1000:
● Neste caso o coeficiente de perda de carga é dado por:
● O fator de correção f depende do número de Reynolds
e das características geométricas do feixe tubular:
● Feixes tubulares alinhados (a):
● Feixes tubulares não alinhados, ou em quincôncio (b):
Coeficiente de Perda de Carga
K=4 f N f ( μpμm )
0,14
f=[0,250+ 0,118( s t−dede )1,08 ] .Remáx
−0,16
f=[0,044+ 0,08
s p
d e
( s t−d ed e )
0,43+1,13.( des p) ] .Remáx−0,15
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● Chaminés:
● Funções fundamentais:
● Auxiliar no processo de tiragem, pois geram uma depressão e ajudam a 
movimentar os gases.
● Dispersar partículas sólidas e gases nocivos à saúde humana e ao ambiente.
● Princípio de funcionamento se deve à diferença de densidade dos gases quentes 
em relação à do ar ambiente, o que gera uma força
de empuxo proporcional à diferença de densidades:
● A depressão é definida pela razão entre a força de
empuxo e a área da seção transversal da chaminé:
Chaminés
Fe=A Hu (ρa−ρg)g
Δ pc=
Fe
A
=
AH u(ρa−ρg)g
A
Δ pc=H u(ρa−ρg)g
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Chaminés
● Características:
● Pode atender uma ou mais caldeiras.
● Pode ou não ser revestida de material refratário.
● Construída em aço carbono ou alvenaria.
● Chaminés de alvenaria com seção variável:
● Possuem auto-sustentação.
● Propiciam uma velocidade de saída
adequada dos gases, pois a redução da área
de seção transversal compensa o aumento
da densidade decorrente da redução gradual da temperatura dos gases 
de combustão ao longo da chaminé.
● Ângulo de inclinação geralmente varia de 0,5 a 1o, e depende:
● Do aumento da densidade dos gases de combustão.
● Da velocidade do escoamento desejada no topo da chaminé.
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Chaminés
ρo=∑
i=1
n
xv
i .ρi , onde xv
i=
V i
V g
● A temperatura dos gases na chaminé varia de acordo com:
● As características dos gases de combustão.
● As condições ambientais.
● O material da própria chaminé.
● Ela diminui com a altura da chaminé, sendo dada por:
● Densidade dos gases (ou do ar) pode ser calculada se conhecermos a fração 
volumétrica dos componentes nos gases (CO2, SO2, H2O, O2, N2, etc):
● Admitindo pressão atmosférica e aplicando a equação dos gases ideais, 
pode-se corrigir a densidade dos gases de combustão para Tg:
ρg=
ρo
1+
T g
273,15
T g=T b−0,2H u
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Chaminés
● Para tiragem natural, a depressão gerada pela chaminé deve ser suficiente para 
superar as perdas de carga no circuito de ar e gases de combustão, e assim a 
altura mínima da chaminé é dada por:
● Determinação do diâmetro médio da chaminé:
● A vazão mássica de gases prevista é dada por:
● Da definição de densidade, determina-se o diâmetro da chaminé:
● Conhecidos o diâmetro médio e o ângulo de inclinação da chaminé, pode-se 
determinar:
● O diâmetro da base.
● O diâmetro do topo.
m˙g=m g . m˙ cb
Δ p=H u(ρa−ρg)g → Hu=
Δ p
(ρa−ρg) g
d=√ 4 .m˙ gπ .ρg .v
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Chaminés
● Compatibilidade entre os valores de d e Hu (ou A e Hu) garante o bom 
funcionamento da tiragem:
● Se A for relativamente grande em relação à Hu:
● Velocidade de escoamento é baixa.
● Pode haver entrada de ar frio pelo topo da chaminé.
● Se Hu for relativamente grande em relação à A:
● Velocidade de escoamento é alta (grandes perdas de carga).
● Grande perda de calor pelas paredes da chaminé.
● Em ambos casos, com a diminuição da temperatura dos gases, pode haver 
condensação e possível formação de ácidos corrosivos pela combinação do vapor 
d'água com SO2 ou SO3.
● Uma regra prática é que deve-se utilizar tiragem mecânica se:
H u
d
>30
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Ventiladores
● Ventiladores:
● Instalam-se ventiladores quando é
necessário usar tiragem mecânica.
● São dimensionados sendoconhecidas
a vazão e as perdas de carga.
● A potência necessária ao ventilador para
vencer determinada perda de carga global é:
● Onde o rendimento dos ventiladores varia de 65 a 75%.
● Para alterar a vazão de ar ou dos gases pode-se:
● Introduzir perdas de cargas suplementares no circuito.
● Variar a velocidade de rotação do ventilador.
● Exemplo 11.1 (pg 132).
N=
m˙g .Δ p v
ρg .η
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