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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 Figura1.1.

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 8estequiometricamente, 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 damistura 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

2
& & 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.cpgases não queimados .∆T + m.cp excesso de ar .∆T + m.cp N 2 .∆T

= = =

0,249 0,455 0,248

(ii)

Calor retirado pela água de refrigeração:
& & Q 2 = m H 2O .cp H 2O .∆T

onde:
cp H 2O

= 1 cal/g o C = vazão de água = diferença entre as temperaturas de saída e entrada de água

∆T

& m

(iii) O calor retirado pelas paredes da câmara será desprezado. Portanto, & & & Q gerado = Q1 + Q2 Já o calor gerado pode ser obtido pelo PCI do combustível: & & Q gerado = mc . PCI & = fluxo de massa de combustível utilizado mc PCI = poder calorífico inferior do combustível utilizado Portanto a relação fica:
& & & m c PCI = Q1 + Q 2

3 ou, simplificadamente:
& & & & m c PCI = (m comb + m ar ) cp gases ∆Tgases + m H 2O cp H 2O ∆TH 2O

onde: cp gases: 0, 25 kcal / kg o C A eficiênciatérmica pode ser calculada como:
η=
& m H 2O .cp H 2O .∆T & m c .PCI

c)

Para estudarmos o efeito na composição dos gases temos que lembrar que quando a combustão não é completa a oxidação em CO 2 deve ser subdividida em 2 semi-reações. C3H 8 + 3, 5O 2 → 3CO + 4H 2 O 3CO + 1,5O 2 → 3CO 2 C3H 8 + 5 O 2 → 3CO 2 + 4 H 2 O Nem todo CO no entanto é oxidado até CO 2 , havendo uma quantidade residualque sai com os gases de descarga. A composição dos gases de escape pode ser determinada com o Orsat.

3. 3.1 1.

PROCEDIMENTO Procedimento de Ignição: Combustível Gasoso. A variação do fluxo do combustível gasoso é controlado pela válvula no painel do instrumento. O fluxo de ar é controlado pelo ajustamento do nível de controle no queimador. Garanta que as válvulas de controle do líquido e dogás no painel do instrumento estejam desligadas. Garanta que haja suficiente gás para o programa de teste. Informe-se com o Técnico. Ajuste os botões do manômetro no lado do painel de controle do combustível para dar zero nas leituras dos manômetros de fluxo de massa de ar e pressão do combustível gasoso.

2.

3.

4.

4 5. Verifique o suprimento de água de refrigeração na câmara e...
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