O documento discute a transferência de calor em caldeiras e fornos, mencionando que envolve troca de calor por radiação, convecção e condução térmica. Explica que a troca de calor na fornalha, onde ocorre a combustão, é basicamente por radiação térmica. Também apresenta modelos para cálculo da troca de calor por radiação na fornalha, considerando-a como um reator perfeitamente misturado.
OPTIMIZAÇÃO DE UMA CALDEIRA VERTICAL RECUPERADORA DE CALOR E DE CIRCULAÇÃO NA...Luis Grácio
Este documento descreve a modelação e otimização de uma caldeira vertical recuperadora de calor com três níveis de pressão utilizada em uma central termoelétrica a ciclo combinado. Um modelo analítico foi desenvolvido no Excel para simular a troca de calor e maximizar a produção de vapor, considerando parâmetros como o "Approach Point", o "Pinch Point" e as temperaturas dos gases e vapor. Os resultados do modelo serão comparados com uma simulação numérica para validação.
O capítulo apresenta uma metodologia para projetar trocadores de calor do tipo duplo tubo, descrevendo suas partes, geometria e cálculo da perda de carga. Correlações são fornecidas para calcular os coeficientes de transferência de calor nos tubos internos e anéis, assim como a queda de pressão. Um roteiro de cálculo para projetar trocadores do tipo duplo tubo é apresentado.
Capítulo 3 projeto térmico de trocadores de calorJorge Almeida
O capítulo discute o projeto térmico de trocadores de calor, apresentando métodos para avaliar o desempenho e estimar o tipo e dimensões destes equipamentos. Aborda o coeficiente global de transferência de calor, importante para o projeto, e exemplifica seu cálculo para diferentes situações de troca de calor. A tabela fornece valores aproximados deste coeficiente para diversas aplicações.
O documento discute os processos de combustão, definindo termos como combustão completa, incompleta e estequiométrica. Também aborda as condições de ignição de combustíveis gasosos, incluindo limites de inflamabilidade e temperatura de ignição. Por fim, explica os tipos de combustão de gases e a propagação da combustão.
Capítulo 2 equipamentos de troca térmicaJorge Almeida
1) Os trocadores de calor são equipamentos que facilitam a transferência de calor entre dois ou mais fluidos em temperaturas diferentes através de processos como condução, convecção, ebulição e condensação.
2) Existem muitos tipos de trocadores de calor que variam de acordo com o processo de transferência de calor (contato direto ou indireto), tipo de construção (tubular, de placa, regenerativo) e disposição das correntes.
3) O projeto de trocadores de calor leva em conta fatores como transferência de calor
- Uma usina tem água de resfriamento saindo a 35°C e entrando em uma torre de resfriamento a 100 kg/s. A água é resfriada a 22°C e o ar entra a 100 kPa e 20°C e sai saturado a 30°C.
- Fazendo balanços de massa e energia, calcula-se a vazão de ar para a torre como 82,03 m3/s e a vazão de água de reposição como 1,802 kg/s.
O documento descreve um experimento sobre compressão de ar realizado em laboratório. O objetivo é estudar o comportamento de um compressor de ar de dois estágios com e sem resfriamento inter-estágios, aplicando conceitos de termodinâmica e avaliando a eficiência do processo. O equipamento experimental inclui um compressor, sensores para medir pressão, temperatura e vazão, e um tanque de armazenamento.
O documento discute considerações gerais sobre transferência de calor em geradores de vapor, incluindo como dimensionar termicamente paredes d'água e feixes de tubos para minimizar custos e otimizar aproveitamento de energia. Também aborda cálculos iterativos para determinar temperaturas dos gases na câmara de combustão e superfícies irradiadas, além de coeficientes de transferência de calor.
OPTIMIZAÇÃO DE UMA CALDEIRA VERTICAL RECUPERADORA DE CALOR E DE CIRCULAÇÃO NA...Luis Grácio
Este documento descreve a modelação e otimização de uma caldeira vertical recuperadora de calor com três níveis de pressão utilizada em uma central termoelétrica a ciclo combinado. Um modelo analítico foi desenvolvido no Excel para simular a troca de calor e maximizar a produção de vapor, considerando parâmetros como o "Approach Point", o "Pinch Point" e as temperaturas dos gases e vapor. Os resultados do modelo serão comparados com uma simulação numérica para validação.
O capítulo apresenta uma metodologia para projetar trocadores de calor do tipo duplo tubo, descrevendo suas partes, geometria e cálculo da perda de carga. Correlações são fornecidas para calcular os coeficientes de transferência de calor nos tubos internos e anéis, assim como a queda de pressão. Um roteiro de cálculo para projetar trocadores do tipo duplo tubo é apresentado.
Capítulo 3 projeto térmico de trocadores de calorJorge Almeida
O capítulo discute o projeto térmico de trocadores de calor, apresentando métodos para avaliar o desempenho e estimar o tipo e dimensões destes equipamentos. Aborda o coeficiente global de transferência de calor, importante para o projeto, e exemplifica seu cálculo para diferentes situações de troca de calor. A tabela fornece valores aproximados deste coeficiente para diversas aplicações.
O documento discute os processos de combustão, definindo termos como combustão completa, incompleta e estequiométrica. Também aborda as condições de ignição de combustíveis gasosos, incluindo limites de inflamabilidade e temperatura de ignição. Por fim, explica os tipos de combustão de gases e a propagação da combustão.
Capítulo 2 equipamentos de troca térmicaJorge Almeida
1) Os trocadores de calor são equipamentos que facilitam a transferência de calor entre dois ou mais fluidos em temperaturas diferentes através de processos como condução, convecção, ebulição e condensação.
2) Existem muitos tipos de trocadores de calor que variam de acordo com o processo de transferência de calor (contato direto ou indireto), tipo de construção (tubular, de placa, regenerativo) e disposição das correntes.
3) O projeto de trocadores de calor leva em conta fatores como transferência de calor
- Uma usina tem água de resfriamento saindo a 35°C e entrando em uma torre de resfriamento a 100 kg/s. A água é resfriada a 22°C e o ar entra a 100 kPa e 20°C e sai saturado a 30°C.
- Fazendo balanços de massa e energia, calcula-se a vazão de ar para a torre como 82,03 m3/s e a vazão de água de reposição como 1,802 kg/s.
O documento descreve um experimento sobre compressão de ar realizado em laboratório. O objetivo é estudar o comportamento de um compressor de ar de dois estágios com e sem resfriamento inter-estágios, aplicando conceitos de termodinâmica e avaliando a eficiência do processo. O equipamento experimental inclui um compressor, sensores para medir pressão, temperatura e vazão, e um tanque de armazenamento.
O documento discute considerações gerais sobre transferência de calor em geradores de vapor, incluindo como dimensionar termicamente paredes d'água e feixes de tubos para minimizar custos e otimizar aproveitamento de energia. Também aborda cálculos iterativos para determinar temperaturas dos gases na câmara de combustão e superfícies irradiadas, além de coeficientes de transferência de calor.
Este documento discute sistemas de alimentação de combustível para propulsão aeroespacial. Ele apresenta:
1) As duas principais funções de um sistema de alimentação de combustível: aumentar a pressão do combustível e alimentá-lo para as câmaras de combustão.
2) Dois exemplos típicos de sistemas de alimentação: sistemas pressurizados e sistemas com turbo-bombas.
3) Uma série de equações para projetar sistemas de alimentação pressurizados, cobrindo tópic
1) O documento discute um projeto de reaproveitamento de calor de um forno para um atomizador na indústria cerâmica, mostrando economia de combustível e viabilidade econômica.
2) Foram realizados balanços energéticos antes e depois da implementação do sistema, que mostrou uma redução de 21% no consumo específico, representando economia de R$ 65.205,00 por mês.
3) Com um custo de implantação de R$ 240.000,00, o tempo de retorno do investimento foi calculado em
O documento descreve os métodos e equações para projetar e dimensionar trocadores de calor do tipo casco e tubos. Inclui detalhes sobre os requisitos iniciais, balanço térmico, métodos de cálculo como o de Tinker, e equações para calcular a transferência de calor, perda de carga e coeficientes de película tanto para o fluido dentro dos tubos quanto no casco. Diagramas de Tinker fornecem fatores para os cálculos considerando diferentes arranjos geométricos.
Este documento descreve os principais tipos de trocadores de calor, incluindo trocadores de casco e tubos, trocadores de placas, trocadores de serpentina e trocadores duplo tubo. Detalha também aplicações comuns de trocadores de calor na indústria de petróleo e gás, além de dicas operacionais e a equação da conservação de calor para cálculos em trocadores.
Capítulo 2 b equipamentos de troca térmicaJorge Almeida
O documento discute critérios para seleção de trocadores de calor, incluindo desempenho térmico e operacional, manutenção, flexibilidade e custo. Também descreve componentes e tipos de trocadores de calor, com foco em trocadores do tipo casco e tubos.
[1] O documento discute os princípios da ventilação natural em edifícios, incluindo a qualidade do ar interior, conforto térmico e riscos de condensação. [2] Aborda os princípios da ventilação natural, incluindo a relação entre caudal e diferença de pressão. [3] Detalha os efeitos da ação térmica e do vento na ventilação natural, fornecendo expressões para calcular os caudais resultantes.
1) O documento apresenta uma apostila sobre caldeiras que discute conceitos termodinâmicos relacionados à operação de caldeiras e tipos e classificação de caldeiras e seus principais acessórios.
2) As caldeiras são equipamentos essenciais em processos industriais que geram vapor sob pressão elevada, representando um risco à segurança quando operadas de forma incorreta.
3) A apostila aborda conceitos como fases da matéria, diagramas termodinâmicos, tipos de calor envolvidos
O documento discute resfriamento ablativo e radiativo em motores foguete, incluindo: (1) proteção ablativa usada em motores de combustível sólido e líquidos de baixa pressão, onde uma camada de material ablativo derrete e vaporiza; (2) modelagem térmica do resfriamento radiativo onde a temperatura da parede é determinada equilibrando o fluxo de calor por condução e radiação; (3) tipos de injetores usados para inserir propelentes líquidos na câmara de combustão, como inj
O documento descreve dois métodos para análise de trocadores de calor: 1) Método da média logarítmica das diferenças de temperatura, que especifica as temperaturas de entrada e saída e o coeficiente de transferência de calor. 2) Método da efetividade-NTU, que especifica as temperaturas de entrada mas não as de saída, além das vazões e coeficiente de transferência. O documento também apresenta um exemplo de cálculo para determinar a área de um evaporador em um sistema geotérmico.
[1] O documento discute técnicas de resfriamento para câmaras de combustão em motores a foguete, listando seis métodos principais. [2] O método mais amplamente usado é o resfriamento regenerativo, que usa um ou ambos os propelentes para arrefecer as paredes da câmara antes da combustão. [3] Outros métodos incluem resfriamento por película, transpiration, ablativo e radiativo.
A comparison between egr and lean burn strategies employed in a natural gas s...Marcelo Pastor
This document compares the EGR (exhaust gas recirculation) and lean-burn strategies in a natural gas spark ignition engine using a two-zone combustion model. It presents a methodology using thermodynamic formulations and assumptions to model the combustion process with EGR. The results show that EGR reduced NOx emissions by 70% and increased fuel consumption by 10% compared to lean-burn, while also lowering the combustion rate and prolonging the combustion duration.
O documento discute os mecanismos de troca térmica entre o corpo humano e o ambiente, como condução, convecção, radiação e evaporação. Também aborda a equação do equilíbrio térmico, fatores ambientais e da atividade que influenciam a exposição ao calor, além dos limites de tolerância estabelecidos pela legislação brasileira.
Este documento apresenta o projeto de dimensionamento de dois trocadores de calor para a pasteurização do leite. No primeiro trocador, o leite é aquecido de 25°C a 62°C por água a 100°C em escoamento contracorrente. O segundo trocador resfria o leite de 62°C a 16°C por água a 0°C em escoamento de corrente cruzada. Os cálculos utilizam equações de transferência de calor para determinar as variáveis geométricas e de operação necessárias para o projeto dos trocadores.
O documento descreve os principais tipos de máquinas térmicas, incluindo os motores a combustão interna. Discutem-se o Ciclo de Carnot, um ciclo termodinâmico ideal, e o Ciclo de Otto, usado nos motores a combustão dos veículos. Também apresenta as etapas do funcionamento do motor a combustão, como admissão, compressão, explosão e exaustão.
Dimensionamento de um trocador de calor tipo casco e TuboThomas Willams
Este documento descreve o dimensionamento de um trocador de calor do tipo casco e tubos para aquecimento de água. Apresenta conceitos teóricos sobre trocadores de calor e variáveis envolvidas no projeto, como natureza dos fluidos, temperaturas, velocidades de escoamento e perda de carga. Também aborda métodos de cálculo para determinar o número de passes e tubos necessários.
Derivation of Aquatic Life Screening Values | Harmonization of Office of Wate...Loren Larson, CHMM, CPEA
Presentation Slides: This is a technical presentation discussing the harmonization of water quality standards/screening procedures used by the EPA Office of Water for establishing water quality criteria under the Clean Water Action and the EPA Office of Pesticide Programs for evaluation of the potential impacted of pesticide products under the Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act (FIFRA).
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Este documento discute sistemas de alimentação de combustível para propulsão aeroespacial. Ele apresenta:
1) As duas principais funções de um sistema de alimentação de combustível: aumentar a pressão do combustível e alimentá-lo para as câmaras de combustão.
2) Dois exemplos típicos de sistemas de alimentação: sistemas pressurizados e sistemas com turbo-bombas.
3) Uma série de equações para projetar sistemas de alimentação pressurizados, cobrindo tópic
1) O documento discute um projeto de reaproveitamento de calor de um forno para um atomizador na indústria cerâmica, mostrando economia de combustível e viabilidade econômica.
2) Foram realizados balanços energéticos antes e depois da implementação do sistema, que mostrou uma redução de 21% no consumo específico, representando economia de R$ 65.205,00 por mês.
3) Com um custo de implantação de R$ 240.000,00, o tempo de retorno do investimento foi calculado em
O documento descreve os métodos e equações para projetar e dimensionar trocadores de calor do tipo casco e tubos. Inclui detalhes sobre os requisitos iniciais, balanço térmico, métodos de cálculo como o de Tinker, e equações para calcular a transferência de calor, perda de carga e coeficientes de película tanto para o fluido dentro dos tubos quanto no casco. Diagramas de Tinker fornecem fatores para os cálculos considerando diferentes arranjos geométricos.
Este documento descreve os principais tipos de trocadores de calor, incluindo trocadores de casco e tubos, trocadores de placas, trocadores de serpentina e trocadores duplo tubo. Detalha também aplicações comuns de trocadores de calor na indústria de petróleo e gás, além de dicas operacionais e a equação da conservação de calor para cálculos em trocadores.
Capítulo 2 b equipamentos de troca térmicaJorge Almeida
O documento discute critérios para seleção de trocadores de calor, incluindo desempenho térmico e operacional, manutenção, flexibilidade e custo. Também descreve componentes e tipos de trocadores de calor, com foco em trocadores do tipo casco e tubos.
[1] O documento discute os princípios da ventilação natural em edifícios, incluindo a qualidade do ar interior, conforto térmico e riscos de condensação. [2] Aborda os princípios da ventilação natural, incluindo a relação entre caudal e diferença de pressão. [3] Detalha os efeitos da ação térmica e do vento na ventilação natural, fornecendo expressões para calcular os caudais resultantes.
1) O documento apresenta uma apostila sobre caldeiras que discute conceitos termodinâmicos relacionados à operação de caldeiras e tipos e classificação de caldeiras e seus principais acessórios.
2) As caldeiras são equipamentos essenciais em processos industriais que geram vapor sob pressão elevada, representando um risco à segurança quando operadas de forma incorreta.
3) A apostila aborda conceitos como fases da matéria, diagramas termodinâmicos, tipos de calor envolvidos
O documento discute resfriamento ablativo e radiativo em motores foguete, incluindo: (1) proteção ablativa usada em motores de combustível sólido e líquidos de baixa pressão, onde uma camada de material ablativo derrete e vaporiza; (2) modelagem térmica do resfriamento radiativo onde a temperatura da parede é determinada equilibrando o fluxo de calor por condução e radiação; (3) tipos de injetores usados para inserir propelentes líquidos na câmara de combustão, como inj
O documento descreve dois métodos para análise de trocadores de calor: 1) Método da média logarítmica das diferenças de temperatura, que especifica as temperaturas de entrada e saída e o coeficiente de transferência de calor. 2) Método da efetividade-NTU, que especifica as temperaturas de entrada mas não as de saída, além das vazões e coeficiente de transferência. O documento também apresenta um exemplo de cálculo para determinar a área de um evaporador em um sistema geotérmico.
[1] O documento discute técnicas de resfriamento para câmaras de combustão em motores a foguete, listando seis métodos principais. [2] O método mais amplamente usado é o resfriamento regenerativo, que usa um ou ambos os propelentes para arrefecer as paredes da câmara antes da combustão. [3] Outros métodos incluem resfriamento por película, transpiration, ablativo e radiativo.
A comparison between egr and lean burn strategies employed in a natural gas s...Marcelo Pastor
This document compares the EGR (exhaust gas recirculation) and lean-burn strategies in a natural gas spark ignition engine using a two-zone combustion model. It presents a methodology using thermodynamic formulations and assumptions to model the combustion process with EGR. The results show that EGR reduced NOx emissions by 70% and increased fuel consumption by 10% compared to lean-burn, while also lowering the combustion rate and prolonging the combustion duration.
O documento discute os mecanismos de troca térmica entre o corpo humano e o ambiente, como condução, convecção, radiação e evaporação. Também aborda a equação do equilíbrio térmico, fatores ambientais e da atividade que influenciam a exposição ao calor, além dos limites de tolerância estabelecidos pela legislação brasileira.
Este documento apresenta o projeto de dimensionamento de dois trocadores de calor para a pasteurização do leite. No primeiro trocador, o leite é aquecido de 25°C a 62°C por água a 100°C em escoamento contracorrente. O segundo trocador resfria o leite de 62°C a 16°C por água a 0°C em escoamento de corrente cruzada. Os cálculos utilizam equações de transferência de calor para determinar as variáveis geométricas e de operação necessárias para o projeto dos trocadores.
O documento descreve os principais tipos de máquinas térmicas, incluindo os motores a combustão interna. Discutem-se o Ciclo de Carnot, um ciclo termodinâmico ideal, e o Ciclo de Otto, usado nos motores a combustão dos veículos. Também apresenta as etapas do funcionamento do motor a combustão, como admissão, compressão, explosão e exaustão.
Dimensionamento de um trocador de calor tipo casco e TuboThomas Willams
Este documento descreve o dimensionamento de um trocador de calor do tipo casco e tubos para aquecimento de água. Apresenta conceitos teóricos sobre trocadores de calor e variáveis envolvidas no projeto, como natureza dos fluidos, temperaturas, velocidades de escoamento e perda de carga. Também aborda métodos de cálculo para determinar o número de passes e tubos necessários.
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"Ліцейський вісник" за вересень 2016 р.Дмитрий Мяч
МЕДІА КОМАНДА
Головний редактор – Гурська Олена
Шеф-редактор – Маренич Марія
Фотографи, кореспонденти: Склезь Ольга, Зінкевич Анастасія, Квітка Кирило, Лісневська Поліна
La Unión Europea ha acordado un paquete de sanciones contra Rusia por su invasión de Ucrania. Las sanciones incluyen restricciones a las transacciones con bancos rusos clave y la prohibición de la venta de aviones y equipos a Rusia. Los líderes de la UE esperan que las sanciones aumenten la presión económica sobre Rusia y la disuadan de continuar su agresión contra Ucrania.
La Religión y el Mundo Actual de Federico Salvador Ramón – 10 – Condúcete a ...Antonio García Megía
Este documento resume el contexto histórico y social en el que se publicó el artículo original de Federico Salvador Ramón en 1918-1919. Describe cómo la Primera Guerra Mundial marcó el fin de la era del positivismo y el racionalismo del siglo XIX y dio paso a nuevas corrientes irracionalistas. También señala que la guerra despertó nuevas luchas ideológicas entre el cristianismo y corrientes anticristianas como el socialismo. El autor concluye que, tras la destrucción de la guerra,
Maidan Technology LLC is an IT company established in 2014 in Sharjah, UAE. It helps customers leverage technology expertise and services to improve business. Maidan offers a wide range of IT solutions including networking, security, data protection, and more. It aims to exceed client requirements and ensure customer satisfaction. Maidan works with major technology providers and monitors systems 24/7 to rapidly respond to issues.
This document discusses nationalism in Gilgit Baltistan and analyzes the Balawaristan National Front (BNF). It notes that BNF demands independence for Gilgit Baltistan and rejects Pakistan's control. It provides a case study of BNF, discussing its formation, leaders like Hamid Khan and Nawaz Khan Naji, and transformation into a nationalist party. Causes of nationalism in Gilgit Baltistan include less representation, lack of development and opportunities. Recommendations include giving constitutional rights to Gilgit Baltistan and addressing unemployment and infrastructure issues.
1) O documento descreve os principais tipos e aplicações de trocadores de calor, incluindo torres de refrigeração, condensadores, evaporadores e radiadores automotivos. 2) É apresentado o cálculo de trocadores de calor utilizando o método da diferença de temperatura logarítmica média e o método da efetividade-número de unidades de transferência. 3) A manutenção periódica de trocadores é importante para remover incrustações e garantir alta eficiência térmica.
O relatório apresenta os resultados de um experimento realizado com dois tipos de trocadores de calor: de casco e tubos e de placas planas. Foram medidas as temperaturas de entrada e saída dos fluidos, calculadas as vazões mássicas e a troca térmica entre eles. O trocador de casco e tubos mostrou-se mais eficiente, com coeficiente de transferência de calor global maior.
O documento discute trocadores de calor, equipamentos que implementam a troca de calor entre dois fluidos separados por uma parede sólida. Apresenta a classificação de trocadores de acordo com o processo de transferência e tipo de construção, descrevendo trocadores tubulares e de placas. Também aborda o coeficiente global de troca de calor, que sistematiza as resistências térmicas envolvidas no processo de troca entre correntes de fluido.
O documento descreve um método para calcular a transferência de calor em trocadores com múltiplos passes ou escoamento cruzado, aplicando um fator de correção à média logarítmica das diferenças de temperatura. Expressões para o fator de correção são fornecidas para diversas configurações e um exemplo numérico ilustra a aplicação do método.
O documento discute os conceitos de condução de calor em diferentes fases da matéria e mecanismos de transferência de calor por condução. Apresenta exemplos numéricos de cálculo de taxa de condução de calor através de paredes. Também aborda os conceitos de condutividade térmica, difusividade térmica e regimes de transferência de calor.
O documento descreve um experimento realizado com um trocador de calor de placas. O experimento avaliou a eficiência e o coeficiente de troca térmica em arranjos concorrentes e contracorrentes variando a vazão. Os resultados mostraram que a configuração contracorrente teve maior eficiência e coeficientes de troca térmica devido ao maior tempo de contato entre os fluidos.
O documento apresenta uma introdução sobre transferência de calor, abordando os três modos de transferência: condução, convecção e radiação. Foca especificamente na condução de calor, explicando suas origens físicas e equações que descrevem a taxa de transferência de calor. Também discute a relação com a termodinâmica e a relevância do tópico para engenharia.
1) O documento discute métodos para calcular a transmissão de calor em fornos usados em refinarias de petróleo e caldeiras a vapor.
2) Inclui descrições de dois tipos gerais de caldeiras a vapor - com gases de combustão nos tubos e com água nos tubos - e seus usos típicos.
3) O objetivo é apresentar métodos empíricos e semiteóricos para calcular a seção de radiação de um forno, juntamente com limitações e aplicações desses métodos.
O documento apresenta um método de cálculo do balanço térmico de caldeiras que permite analisar o rendimento de forma correta do ponto de vista termodinâmico. Descreve como calcular a energia disponível, útil e as perdas, considerando variáveis como o poder calorífico do combustível, temperatura, vazão de vapor e água. A análise do balanço é essencial para otimizar o rendimento térmico da caldeira.
Semelhante a 15 transferencia de-calor_em_camara_de_combustao (9)
1. TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM CALDEIRAS E FORNOS
Waldir Bizzo
Faculdade de Engenharia Mecânica
UNICAMP
A transferência de calor em geradores de vapor e fornos de processo 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.
As caldeiras e fornos devem ser dimensionadas de maneira a encontrar um
compromisso ótimo entre o custo de investimento, determinado pelas características e
dimensões das superfícies de troca de calor, e o custo operacional, representado pelo
rendimento térmico global do equipamento. 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.
Os fenômenos físicos e químicos que ocorrem numa caldeira ou forno,
envolvendo combustão, transferência de calor e movimento dos fluidos é uma área
especializada da engenharia mecânica e não podem ser tratados aqui com a
profundidade que permita sua plena utilização para o projeto e dimensionamento das
superfícies de troca de calor. As relações apresentadas a seguir, servirão, pelo menos,
para o conhecimento básico que permita adequada operação e utilização eficiente de
caldeiras e fornos em geral.
2. 2
Figura 1 - Esquema de fluxos em uma fornalha de caldeira.
Troca de calor na fornalha
Uma simplificação adequada é dividir a superfície de troca de calor de caldeiras
e fornos em superfície de radiação e superfície de convecção. Devido às condições de
temperatura, geometria e velocidade de fluidos, a troca de calor na fornalha, onde ocorre
a combustão, é basicamente por radiação térmica. A parcela convectiva nesta região, se
comparada a troca de calor por radiação é pequena, podendo ser desprezada, até em
relação a ordem de grandeza do erro ou imprecisão de cálculo normalmente presentes
no cálculo de radiação em fornalhas.
Figura 2 - Balanço de energia numa fornalha.
Considere uma fornalha, onde ocorre a combustão circundada por superfícies
frias de troca de calor. Parte do calor gerado pela combustão é perdido pela chama às
superfícies de troca de calor, conforme representado pela Figura 1. Um balanço de
3. 3
energia na fornalha vai determinar a temperatura de saída dos gases de combustão da
zona de radiação, se conhecidas as vazões de ar e combustível, o poder calorífico e o
calor cedido por radiação, conforme esquema da Figura 2. Desprezando-se perdas de
calor ao ambiente externo, têm-se as equações seguintes:
energia que entra = energia que sai
c c c ar ar r g gm PCi m h m h Q m h
g c arm m m
sendo:
0
0
t
th Cp dT Cp T T
onde:
mc: descarga de combustível (kg s-1
);
mar: descarga de ar de combustão (kg s-1
);
mg : descarga dos gases de combustão (kg s-1
);
h: entalpia específica em relação a uma temperatura de referência, para ar, combustível
e produtos de combustão, conforme índice (J kg-1
);
Qr: calor trocado por radiação (W);
Cp: calor específico a pressão constante (J kg-1
K-1
);
Tf: temperatura do fluido (combustível, ar ou gases de combustão) (K);
T0: temperatura de referência (K);
Os subscritos c, ar e g referem-se ao combustível, ar e gases da combustão,
respectivamente.
A temperatura de referência pode ser qualquer temperatura arbitrada, e no caso
em que combustível e ar são fornecidos à temperatura ambiente é conveniente fazer:
0c arT T T
4. 4
A temperatura de saída dos produtos de combustão da fornalha pode ser
calculada:
0c r g gm PCi Q m Cp T T
0
c r
g
g
m PCi Q
T T
m Cp
A troca de calor por radiação da chama pode ser determinada preliminarmente
pela equação:
4 4
1
1
1
1 1 1
r g
g
Q A T T
onde:
σ: constante de Stepan-Boltzmann, 5.67 x 10-8
W/m2
K4
;
εg: emissividade da chama;
ε1: emissividade efetiva das paredes de tubos,
A: superfície de troca de calor (m2
);
Tg: temperatura absoluta de saída dos produtos de combustão (K);
T1: temperatura absoluta da superfície de troca de calor (K).
A dependência da troca de calor por radiação com a temperatura de saída dos
produtos de combustão da fornalha torna o cálculo da temperatura dos produtos, um
processo iterativo. A verdadeira temperatura da chama não é conhecida pois esta varia
em todo o volume da câmara de combustão. A equação acima assume que a temperatura
de saída dos produtos de combustão da fornalha representa a temperatura média da
fornalha.
A emissividade da chama é um coeficiente que depende de diversos fatores,
como o combustível e o tipo de queimador, a composição média dos produtos de
combustão e a geometria da câmara de combustão.
5. 5
A radiação térmica emitida pela chama é resultado da emissão de radiação de
partículas de carbono incandescente e da emissividade dos gases de combustão,
principalmente as parcelas de CO2 e H2O, sendo que a emissividade dos gases varia
com a temperatura e formato geométrico da câmara de combustão.
Como base de cálculo preliminar ordem de grandeza de εg pode ser tomada
dentro dos seguintes valores:
ε = 0,60 a 0,90 para chama de óleo e carvão pulverizado
ε = 0,30 a 0,70 para gases e combustível sólido em grelha.
A área de troca de calor é representada pela superfície projetada dos tubos de
troca de calor nas paredes da fornalha. No caso de uma caldeira flamotubular, onde a
combustão ocorre dentro de uma fornalha cilíndrica completamente circundada por
parede de água, a superfície de troca é a própria superfície interna da fornalha. No caso
de caldeiras aquatubulares, com paredes de tubos de água, a superfície efetiva de troca é
o plano onde estão localizados os tubos de água. Em geradores de vapor modernos, os
tubos normalmente formam uma parede completamente coberta, seja por um arranjo
onde os tubos estão tangentes entre si ou onde são fixados entre si através de uma aleta.
Em outros casos, os tubos estão espaçados e com uma parede refratária atrás do plano
de tubos. Este é o caso também de fornos de processo petroquímico. Neste caso, a
emissividade dos tubos tem que ser corrigida devido à menor área efetiva de superfície
fria e a presença dos refratários que reirradia para os tubos. Para uma emissividade de
0.85, valor típico de metal oxidado e/ou recoberto por incrustação, o valor da
emissividade efetiva da superfície fria que deve ser utilizada na equação é:
passo/diâmetro ε1
1 0.95
1.5 0.89
2.0 0.80
2.5 0.71
sendo que o valor da área deve ser do plano imaginário onde estão localizados os tubos,
independente do espaçamento entre eles. O passo é a distância entre centro de tubos
adjacentes e o diâmetro é o diâmetro externo dos tubos.
6. 6
A temperatura externa dos tubos é a temperatura T1 da superfície de troca de
calor. Os coeficientes de troca de calor por convecção da água evaporando no interior
dos tubos são extremamente altos, da ordem de 5000 a 25000 W/m2
K, representando
pouca resistência a troca de calor. As espessuras de parede dos tubos metálicos, bem
como a alta condutividade dos metais também pouco contribuem para a resistência
térmica, sendo que de uma maneira geral, podemos assumir a temperatura externa das
superfícies de troca como sendo de um valor da ordem de 10 a 20 K maior que a
temperatura do vapor saturado na caldeira, exceto no caso de superaquecedores.
Para fornos de processo, a estimativa da temperatura da superfície externa dos
tubos deve ser feita com maior cuidado, já que o coeficiente interno de transferência de
calor depende dos parâmetros de escoamento e das propriedades termofísicas dos
fluidos processados. As temperaturas de operação dos fluidos de fornos de processo
costumam ser maiores que as temperaturas típicas do vapor saturado, e a não
homogeneidade da distribuição de radiação aos tubos de fornos de processo podem
produzir falhas ou desgaste excessivo devido a superaquecimento localizado.
7. 7
Modelo de cálculo de radiação na fornalha como um reator
perfeitamente misturado
Radiação térmica é a forma predominante de transferência de calor em uma
câmara de combustão. Cálculos exatos de radiação em chamas ou gases quentes são
muito difíceis de se efetuarem, devido à complexidade do fenômeno de radiação, à sua
dependência não linear em relação à temperatura, à participação de um meio gasoso no
processo de emissão e absorção de radiação e à distribuição não homogênea de
temperatura típicas de um escoamento com reação, tal como é uma câmara de
combustão.
Um dos primeiro modelos para cálculo da troca de calor por radiação em
fornalhas foi proposto por Lobo e Evans (1939) e foi base para a maioria dos
aperfeiçoamentos seguintes, tais como o de Hottel (1988) e Truelove (1983). Este
modelo é um dos mais simples de ser utilizado e produz resultados apenas aproximados,
mas ainda tem grande utilidade na estimativa da troca de calor e da temperatura de saída
dos gases de combustão em fornalhas.
Este método considera a fornalha como um reator perfeitamente misturado:
- a fornalha é um envoltório de paredes que recebem calor (paredes frias) e paredes
refratárias (adiabática);
- a distribuição de temperatura e de concentração dos gases na fornalha é homogênea;
- o sistema opera em regime permanente;
- os gases saem da fornalha a temperatura média da fornalha.
Assim, este sistema é modelado em três zonas:
- a zona de gases representando a chama e os produtos da combustão no interior da
fornalha;
- uma superfície fria, de recebimento de calor;
- uma superfície refratária, adiabática.
A superfície de recebimento de calor deve ter sua temperatura especificada e se
comporta como um corpo cinzento. A superfície refratária também se comporta como
um corpo cinzento e é considerada adiabática.
8. 8
A chama e os produtos de combustão emitem radiação difusa em todas as
direções, atingindo a superfície fria e a superfície refratária. Esta, sendo adiabática,
reflete toda radiação que recebe. A radiação é refletida para a superfície fria e para o
volume de gases. Pode ser também refletida parcialmente para ela mesma se o formato
das paredes refratárias assim o permitir.
Uma forma prática de representar este conjunto de trocas de radiação é utilizar o
método clássico das resistências térmicas, encontrável nos livros básicos de
transferência de calor, como Kreith e Bohn (2003). O conjunto de resistências térmicas
é apresentado na Figura 3.
Figura 3. Circuito das resistências térmicas referentes à troca de calor por radiação em
modêlo de fornalha perfeitamente misturada (fonte: Truelove, 1983)
No circuito representado, o terminal à esquerda representa o poder emissivo da
superfície fria (σT1
4
), e o terminal à direita o poder emissivo do volume de gases da
fornalha (σTg
4
). A troca líquida de calor por radiação, entre a superfície fria e o
volume de gases de combustão é:
4 4
1 1r g gQ G T T
onde:
Gg1 é o fator de transferência de radiação, calculado como
9. 9
1
1
1 1
1
1
1 1
g
g gr r
G
R
R R R
1
1
1 1
1
R
A
1
1 1
1
g
g
R
A
1
gr
r gr
R
A
1
1 1
1
1
r
r r gr
R
A F
A1 e Ar são as áreas de troca da superfície fria e da superfície refratária, respectivamente
ε1 é a emissividade da superfície fria;
εg1, εgr e εgr1 são as emissividades do gás, avaliadas nos comprimentos médios do feixes,
referentes às trocas gás-superfície fria, gás-refratário e refratário-superfície fria;
Fr1 é o fator de forma entre refratário e superfície fria.
Este último depende do arranjo entre refratários e superfícies de recebimento de
calor, sendo difícil sua avaliação porque nem sempre é disposto de uma forma
geometricamente simples.
As emissividades que envolvem os gases de combustão podem ser simplificadas
em uma única emissividade εg avaliada na espessura ótica da fornalha, onde o parâmetro
característico L é avaliado:
3,5
T
V
L
A
10. 10
sendo V o volume da câmara de combustão e AT a área total da mesma.
Com isto, o fator de transferência Gg1 fica:
1
1
1 1
1
1
1
1 1
1
1
g
r
g
g
g r
G
A
A
A
F
O fator de forma Fr1 pode ser avaliado para três casos limites típicos de arranjos
entre superfícies refratárias e superfícies frias.
O primeiro caso é a situação em que superfícies frias e refratários estão
intimamente misturados, denominado condição de paredes entremeadas. Na prática, é o
caso de câmaras de combustão de geradores de vapor com queimadores de gases ou
líquidos, onde há a predominância de paredes frias, com paredes refratárias esparsas,
conforme Figura 4. Nesta situação o fator de forma é:
1
1
1
r
r
A
F
A A
Define-se a relação de áreas C1 como a fração da área total coberta pelas
superfícies frias:
1
1
1 r
A
C
A A
e o fator de transferência de radiação simplifica-se:
1
1 1
1 1
1
T
g
g
A
G
C
11. 11
onde a área total AT é a soma das áreas da superfície fria e dos refratários (A1+Ar). A
fração C1 pode estar entre 0 e 1.
Figura 4. Configurações de envoltório para cálculo de radiação: 1) superfícies
entremeadas, 2)superfícies segregadas com superfície fria em único plano, 3) superfícies
segregadas com refratário em um único plano.
O segundo caso é a situação em que as superfícies frias e os refratários estão
segregados, sendo que a superfície fria situa-se em um único plano, e portanto, a
superfície fria não pode enxergar ela mesmo. Este é o caso típico de um forno de fusão
de vidro, ou um forno metalúrgico onde a carga a ser aquecida fica em um plano
horizontal e as paredes do forno são recobertas por refratários.
A fração C1 deve ser menor que 0,5 , e o fator de forma é:
1
1r
r
A
F
A
e o fator de transferência de radiação fica:
12. 12
1
1 1 1
11 1
1
1
T
g
g
g g
A
G
C C
O terceiro caso é onde a superfície refratária situa-se em um único plano. Neste
caso Fr1 = 1 , e a relação C1 é maior que 0.5. Um exemplo seria um forno de processo
petroquímico onde as superfícies frias situam-se nas paredes verticais do forno e os
refratários no piso inferior. O fator de transferência de radiação fica:
1
1
1
1 1
11 1
1
1
1 1 1
g
T
g
g g
CA
G
C
C
A emissividades das superfícies ε1 é geralmente de ordem de 0,85 a 0,95 (aço
carbono ou inoxidáveis com superfície oxidada).
A emissividade εg, da mistura de gases depende:
- da composição molar dos gases;
- da temperatura da fornalha Tg;
- da temperatura da superfície T1.
Os principais emissores de radiação em gases de combustão são CO2 e H2O e
devem ser considerados. A emissividade total dos gases é:
OHCOg 22
onde:
εCO2 : Emissividade de CO2;
εH2O : Emissividade do H2O;
Δε : Fator de correção da mistura CO2 + H2O.
Os valores da emissividade do CO2 e H2O, devem ser obtidos nos gráficos
(Figuras 5 e 6) e dependem do fator p.L onde:
p : pressão parcial do gás (atm);
L : espessura ótica do envoltório de gases (m).
13. 13
Os valores da correção Δε são obtidos na Figura 7.
Figura 5. Emissividade do vapor d’água a uma pressão total de 1 atm.
14. 14
Figura 6. Emissividade do dióxido de carbono a uma pressão total de 1 atm.
Figura 7. Correção da emissividade de uma mistura de H2O e CO2.
15. 15
A pressão parcial do gás depende obviamente da composição molar dos
produtos da combustão e pode ser tomada como igual a fração molar do gás considerado
vezes a pressão absoluta da câmara de combustão (normalmente próxima à pressão
atmosférica).
A espessura ótica L é uma relação entre volume e área de troca:
3,4
Volume
L
Área superficial
ou então pode ser tomada a partir de dados da Tabela 1.
Tabela 1. Comprimento médio do feixe de várias formas de volume de gases.
Rigorosamente, a temperatura das superfícies é desconhecida. Em condições
normais, T1 é ligeiramente superior à temperatura do fluido sendo processado, podendo
ser tomado como:
1,03 (K)s fluidoT T
16. 16
Troca de calor por convecção
Caldeiras de vapor e fornos de processo possuem geralmente uma secção de
convecção térmica, a fim de aproveitar ao máximo a entalpia dos gases de combustão.
A temperatura de entrada dos gases de combustão na secção de convecção é a
temperatura de saída da fornalha. Aqui, a superfície de convecção é tomada como
superfícies que não tem vista geométrica com a chama da fornalha, ou seja, as
superfícies de convecção não recebem radiação direta da chama. Embora gases
aquecidos em alta temperatura e que contenham parcelas que emitem radiação como
CO2 e H2O, também troquem calor por radiação, este mecanismo de troca não será
considerado aqui, pela complexidade de cálculo e pela menor importância da radiação
na zona de convecção.
Em caldeiras flamotubulares os gases de combustão circulam por dentro dos
tubos, e a troca de calor por convecção pode ser calculada pela conhecida equação de
Sieder e Tate aplicável em regime de fluxo turbulento (Re > 2100):
0,8 0,4
0,023Nu Re Pr
h d
Nu
k
v d
Re
Cp
Pr
k
sendo:
Nu : número de Nusselt
Re: número de Reynolds
Pr: número de Prandtl
17. 17
h : coeficiente de convecção (W m-2
K)
d : dimensão característica do escoamento (m)
k : condutividade térmica do fluido (W m-1
K)
ρ : densidade do fluido (kg m-1
)
v : velocidade média do escoamento (m s-1
)
µ : viscosidade dinâmica do fluido (kg s-1
m-1
)
Em caldeiras aquatubulares, a troca de calor por convecção é realizada por
escoamento de gases externos a feixes de tubos. Estes feixes podem apresentar arranjo
de tubos alinhados, ou alternados, como representados na Figura 8. O arranjo alternado
é mais frequentemente utilizado devido aos maiores coeficientes de troca de calor que
proporciona.
Para escoamento passando por um feixe de tubos o número de Nusselt pode ser
calculado segundo a equação (Zukauskas e Ulinkas, 1988):
0,25
Pr
Pr
s
n mT
L w
S
Nu A Re Pr
S
onde:
ST : passo transversal entre tubos (m);
SL : passo longitudinal entre tubos (ou entre fileiras de tubos) (m), conforme indicados
na Figura 8.
Os índices A, s, n e m devem ser tomados em função do arranjo e do número de
Reynolds, conforme a tabela:
arranjo faixa de Re A s n m
alinhado 0 -100 0,9 0 0,4 0,36
100 -1000 0,52 0 0,5 0,36
1000 - 2.105
0,27 0 0,63 0,36
2.105
- 2.106
0,033 0 0,8 0,4
alternado 0 - 500 1,04 0 0,4 0,36
500 -1000 0,71 0 0,5 0,36
1000 - 2.105
0,35 0,2 0,6 0,36
2.105
- 2.106
0,31 0,2 0,8 0,36
18. 18
a)
b)
Figura 8. Arranjo de feixe de tubos: a) alinhados b) alternados.
As equações acima valem para escoamento turbulento e para quantidade de
fileiras de tubos maior ou igual a 14. Para fileiras de tubos em quantidade menor que
14, o número de Nusselt deve ser multiplicado por um fator de correção fb conforme a
tabela abaixo:
Nº fileiras 1 2 3 4 5 7 10 13
tubos
alinhados
0,7 0,80 0,86 0,90 0,93 0,96 0,98 0,99
tubos
alternados
0,64 0,76 0,84 0,89 0,93 0,96 0,98 0,99
Para cálculo das propriedades dos fluidos, as temperaturas devem ser tomadas
na temperatura média de mistura; ou seja, a média entre a temperatura de entrada e saída
do feixe de tubos.
19. 19
O calor transferido dos gases de combustão para a água ou fluido de processo é
calculado pela equação:
c mQ U A t
ln
a b
m
a
b
t t
t dmlt
t
t
onde:
Qc : calor transferido por convecção (W);
U : coeficiente global de transferência de calor (W m2
K);
A : área de troca de calor, referente ao diâmetro externo dos tubos (m2
);
Δtm : diferença média logarítmica de temperatura (K);
Δta , Δtb : diferença das temperaturas entre os fluidos nas extremidade do trocador de
calor (K).
A diferença média logarítmica de temperatura é representada na Figura 9. Para
água em ebulição a pressão constante, ou seja, vapor saturado, a temperatura no lado da
água (fluido frio) é constante.
O coeficiente global de transferência de calor U é calculado levando-se em conta
as resistências térmicas envolvidas: a resistência externa por convecção dos gases de
combustão, a resistência por condução de calor através da parede do tubo e a resistência
interna por convecção no lado da água:
1
i o tubo
U
R R R
e
i
i i
d
R
h d
1
o
o
R
h
ln
2
tubo
t
dede
diR
k
20. 20
onde:
di, do : diâmetros interno e externo do tubo;
hi: coeficiente de película interno;
ho: coeficiente de película externo;
kt: condutividade térmica do material do tubo.
Figura 9. Distribuição de temperaturas num trocador de calor em contra-corrente.
No caso de vapor saturado em ebulição, o coeficiente de película pode ser
tomado entre 5000 e 25000 W/m2
K. As taxas de troca de calor por convecção por gases
já não são tão altas quanto a taxas de troca de calor por radiação, e simplificações
devem ser feitas com algum cuidado. A resistência térmica por condução através da
parede do tubo deve ser calculada sempre que possível.
Referencias
Hottel,H.C., First estimates of industrial furnace performance - The one-gas-zone -
reexamined, ICHMT Digital Library Online, pg 167-192, 1988
Kreith, F. e Bohn, M.S., Princípios de Transferência de Calor, Thomson Learning, São
Paulo, 2003.
Lobo, W.E. e Evans, J.E., Heat transfer in the radiant section of petroleum heaters,
Trans AIChE, vol. 35, p. 743, 1939
Truelove, J.S., The stirred reactor furnace model (cap. 3-11-4), in (Schlünder, E.U.,
editor) Heat Exchange Design Handbook, Hemisphere Pub, 1983.
Zukauskas, A. e Ulisnkas, R., Heat Transfer in Tubes in Crossflow, Hemisphere Pub,
USA, 1988.