Engenharia

1 EXPERIÊNCIA Nº 2 - CALDEIRA 1. OBJETIVO

Avaliar o desempenho energético de uma caldeira. Calcular sua eficiência térmica. Efetuar estudos de combustão: efeito da relação ar/combustível na transferência de calor, na temperatura de gases de escape, queima incompleta, etc., para combustíveis líquidos e gasosos.

2.

TEORIA O equipamento a ser utilizado nesta experiência é mostrado na Figura 1.1.

Para estudarmos o efeito da relação ar/combustível precisamos conhecer a composição do gás a ser usado. Como exemplo, utilizaremos neste resumo da teoria, o propano. a) Reação da queima de propano. C3H 8 + 5(O 2 + 3, 76N 2 ) → 3CO 2 + 18, 6N 2 + 4 H 2 O Massa molecular C3H 8 = 44 Considerando gases perfeitos, precisamos portanto, de 5 x 4,76 moles de ar para queimar 1 mol de C3 H 8 estequiometricamente, ou seja, uma relação ar/combustível de: Relação A/C massa: 15,6. Portanto, nesta relação teremos a máxima temperatura de chama. Se a relação A/C for maior ou menor que a estequiométrica, a temperatura de chama deverá cair. b) O estudo do efeito na transferência de calor realiza-se com o balanço de massa e energia para cada relação ar/combustível. O calor liberado pela queima da mistura de gases pode ser calculado conhecendo-se o PCI do gás. Deve-se lembrar que nem sempre todo gás injetado na câmara será queimado, devendo-se subtrair a quantidade levada pelos gases de combustão, quando a relação A/C estiver abaixo da estequiométrica. Pelo princípio de conservação temos: & & & mar + mgases combustíveis = m produtos combustão

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& & m água entrada = m água saída

& & & & Q gerado = Q retirado pelos gases combustão + Q retirado pela água de refrigeração + Q retirado pelas paredes (i) Calor retirado pelos gases de combustão & & & & Q1 = m.cp CO2 . ∆T + m.cp H 2O . ∆T + m.cp CO . ∆T + onde: = temperatura de saída dos gases menos temperatura de entrada do ar ∆T & vazões em massa de cada componente m = 0,203 kcal/kg K cp CO 2 = cp CO cp H 2O cp N 2

& & & m.cp