Sistemas Termicos_Caldeiras_02

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
SISTEMAS TÉRMICOS
Prof. Luís Antônio Bortolaia
UNIDADE 3
GERADORES DE VAPOR / CALDEIRAS
GERADORES DE VAPOR Capacidade de produção de vapor
4. Capacidade de produção de vapor
• A produção de vapor é expressa em kg/h de vapor.
• Para valores diferentes de temperatura e pressão, o vapor possui
diferentes quantidades de energia.
• Por isso a capacidade de uma caldeira é expressa pelo calor total
transmitido por unidade de tempo (kcal/h – SI (KW)).transmitido por unidade de tempo (kcal/h – SI (KW)).
)hh(mQ Ltotv −= &
GERADORES DE VAPOR Capacidade de produção de vapor
Q – capacidade de produção de vapor (kcal/h);
- vazão em massa de vapor produzido (kg/h);
- entalpia do vapor (kcal/kg);
- entalpia da água de alimentação (kcal/kg). 
GERADORES DE VAPOR Rendimento global
5. Rendimento global
É definido com a relação entre o calor transmitido ao fluido de
trabalho e a energia produzida pelo combustível:
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6. Balanço térmico
O balanço térmico em geradores de vapor visa à determinação do
calor absorvido pelo gerador e das perdas que ocorrem no mesmo.
Fluxo de energia em uma caldeira
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.1 Calor absorvido
É a parcela da energia (calor) que a água e o vapor absorveram. Esta
parcela se deseja maximizar. É determinado através da equação:
- Calor absorvido pela água e vapor por kg de combustível (kcal/kg);
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2 Perdas de calor
Parcela de calor liberado na combustão não utilizadas na produção
de vapor.
- Perda devido a umidade do combustível;
- Perda devido à água proveniente da combustão do hidrogênio;
- Perdas devido à umidade do ar admitido;
- Perda devido aos gases secos da chaminé;- Perda devido aos gases secos da chaminé;
- Perda devido ao combustível gasoso sem queimar;
- Perda devido ao combustível sem queimar contido nas cinzas;
- Perdas por radiação, hidrogênio e hidrocarbonetos sem queimar.
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2.1 Perda devido a umidade do combustível
A umidade contida no combustível é vaporizada e deixa a caldeira
na forma de vapor superaquecido.
: para tgases e P=0,07 
kgf/cm²)
- entalpia da água na temperatura em que o combustível entra na 
caldeira (kcal/kg)
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2.2 Perda devido à água proveniente da combustão do
hidrogênio
O hidrogênio do combustível ao reagir com o oxigênio forma água e
esta por sua vez deixa a caldeira na forma de vapor superaquecido
junto com os gases da combustão.
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2.3 Perdas devido à umidade do ar admitido
• O ar admitido na caldeira, não é seco, carregando vapor de
água.
•Dados sua temperatura de admissão (ta) e sua umidade relativa
(φ), pode-se calcular ou retirar de uma carta psicrométrica a
umidade absoluta (x) em kgágua/kgar seco.umidade absoluta (x) em kgágua/kgar seco.
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
- é determinando multiplicando-se a umidade relativa ( ) pelo
peso de água necessário para saturar 01 kg de ar seco na
temperatura , multiplicado pelo peso do ar seco ( ) gasto
por quilograma de combustível ( ).
sendo:sendo:
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
onde:
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2.4 Perda devido aos gases secos da chaminé
É geralmente significativa.
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2.5 Perda devido ao combustível gasoso sem queimar
• ocorre devido à falta de ar, ocorrendo combustão incompleta
• perda relativamente pequena
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2.6 Perda devido ao combustível sem queimar contido nas
cinzas
• parte do carvão cai sem queimar ou é parcialmente queimado.
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
6.2.7 Perdas por radiação, hidrogênio e hidrocarbonetos sem
queimar
• calor dissipado nas paredes da câmara, calor sensível dos gases
ao saírem para a atmosfera, calor das cinzas, variação de carga da
caldeira.
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
Exemplo: Em um ensaio realizado numa caldeira queimando
carvão, obteve-se o seguinte resultado:
Calor absorvido pela caldeira: HL=74,8% do PCS do combustível
Análise gravimétrica do carvão:
ΦC=62%
ΦH2=4%
Φ =1%
Análise dos gases:
ΨCO2=13%
ΨCO=1%ΦN2=1%
ΦO2=8%
ΦS2=14%
Umidade = 8%
A = 3% (cinzas)
PCS = 6608 (kcal/kg)
ΨCO=1%
ΨO2=5%
ΨN2=81%
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
Temperatura do ar e do combustível ao entrarem na fornalha: 23,2°C
Temperatura dos gases: tg=233°C
Porcentagem de saturação do ar ao entrar na fornalha: 70%
Temperatura do vapor na caldeira: tv=182°C
Vazão mássica de carvão queimado: 908 kg/h
Cinzas e escórias produzidas: 190,68 kg/h
Carbono sem queimar nas cinzas e escórias: 18%Carbono sem queimar nas cinzas e escórias: 18%
Pressão barométrica: 760 mmHg
Fazer o balanço térmico completo da Caldeira por kg de combustível
queimado.
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
• Cálculo do peso do carbono no combustível:
• Cálculo do peso dos gases da combustão:
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
• Peso do ar consumido:
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico
GERADORES DE VAPOR Balanço térmico