1. 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;
· 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 tabelas de vapor
saturado, usualmente encontradas em literatura especializada (ex.: livros básicos de
termodinâmica, etc.), de forma a se obter a entalpia do vapor.
Se a caldeira for usada exclusivamente para gerar vapor para aquecimento deve-se considerar
a entalpia do vapor saturado seco, que é o mais indicado para tal finalidade.
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2. Tabela 1 – Entalpia do vapor de água seco e saturado, sob várias condições de pressão e temperatura
Pressão absoluta do vapor
(kgf/cm2)
Temperatura
(ºC)
Entalpia do vapor seco saturado*
(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 Hv , subtrai-se dele o valor da
entalpia da água que entra na caldeira Ho , obtendo-se DHvap = Hv - Ho . 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:
= ´D
vazão de combustível vap
100
H
(% )
´
PCI eficiência da caldeira
vazão de vapor
Exemplo do cálculo do consumo de combustível
Considere uma caldeira que aquece água inicialmente a 23,7ºC, gerando vapor com pressão
absoluta de 7,0 kgf/cm2 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:
Na TAB. 1, procure pela linha cuja pressão seja 7,0 kgf/cm2. Obtém-se:
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3. Hv = 659,9 kcal/kg
Subtraia deste valor, o valor de referência, que é em razão de a água de entrada estar a
23,7ºC:
Ho = 23,81 kcal/kg
Obtém-se:
DHvap = Hv - Ho = 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
100 636,1
1000 ´
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 to chemical engineering thermodynamics.
Nova Iorque: McGraw-Hill, 1996.
Elaborado por
Marcelo Shiniti Uchimura
Nome da Instituição respondente
Instituto de Tecnologia do Paraná – TECPAR
Data de finalização
10 ago. 2007
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