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* Produção e Transporte de Calor Centro Universitário Jorge Amado Curso: Engenharia de Petróleo e Gás Prof: Danilo Sá Teles * Calor e combustão Define-se combustão o conjunto de reações químicas de uma ou mais substâncias com oxigênio, acarretando liberação de energia e geração de produtos gasosos. * * Glossário Gás de chaminé ou gás de combustão: Todos os gases resultantes do processo de combustão, incluindo o vapor de água. Base seca (análise Orsat): Todos os gases resultantes do processo de combustão não incluindo o vapor de água Base seca = Base úmida – vapor d'água * Glossário Combustão completa: reação completa de combustível produzindo CO2, SO2 e H2O Combustão parcial: A queima do combustível produzindo pelo menos um pouco de CO. Como o CO também pode reagir com oxigênio, a produção de CO na combustão parcial liberará menos energia. Ar teórico (ou oxigênio teórico): a mínima quantidade de ar (oxigênio) necessária para levar à queima à combustão completa. * Glossário Ar em excesso (ou oxigênio em excesso): quantidade de ar (ou oxigênio) em excesso em relação à quantidade requerida para combustão completa. * Razão ar combustível * Exemplo: Excesso de ar Na tentativa de reduzir os níveis de poluentes, relativamente à gasolina, Propano comprimido, entre outros combustíveis, tem sido investigados. Suponha que, em um teste, 20 kg de C3H8 sejam queimados com 400 kg de ar, produzindo 44 kg de CO2. Qual o valor da porcentagem de ar em excesso? * Exemplo: Excesso de ar Na tentativa de reduzir os níveis de poluentes, relativamente à gasolina, Propano comprimido, entre outros combustíveis, tem sido investigados. Suponha que, em um teste, 20 kg de C3H8 sejam queimados com 400 kg de ar, produzindo 44 kg de CO2. Qual o valor da porcentagem de ar em excesso? Considerando combustão completa: propano + oxigênio = CO2 + H2O * Exemplo: Excesso de ar Para o cálculo do excesso de ar, despreza-se as impurezas e considera-se, por simplificação, a combustão como completa. * Exemplo: Excesso de ar A quantidade requerida de O2 é A quantidade que alimenta o processo é * Exemplo: Excesso de ar O ar em excesso é * Poder calorífero Poder calorífico inferior: é a quantidade de calor libertada pela combustão completa de uma unidade em volume ou massa de um combustível, quando queimado completamente a uma certa temperatura, permanecendo os produtos de combustão em fase gasosa (sem condensação do vapor de água). Poder calorífico superior: é a quantidade de calor libertada pela combustão completa de uma unidade em volume ou massa de um combustível, quando queimado completamente a uma determinada temperatura, levando-se os produtos da combustão, à temperatura da mistura inicial (o vapor de água é condensado e o calor recuperado). * Poder calorífero * Poder calorífero * Temperatura de combustão A temperatura da combustão é entendida como a aquela que os produtos de combustão adquirem do calor envolvido na combustão. A temperatura calorimétrica é calculada assumindo que todo o calor envolvido é gasto em elevar a temperatura dos produtos de combustão, sem trocas de calor com o ambiente. * Temperatura de combustão Com o pré-aquecimento de ar ou de combustível, a temperatura calorimétrica pode se calcular da fórmula: * Transferência de calor em fornos * Transferência de calor em fornos No espaço de trabalho dos fornos dá-se uma complexa troca de calor de vários modos: radiação, condução e convecção. Estes modos de transferência de calor ocorrem em simultâneo e com influência recíproca. O calor dos gases incandescentes transmite-se tanto ao material de trabalho, por radiação e convecção, como aos componentes do forno. A superfície interna da alvenaria aquece-se e por sua vez emite calor por radiação ao material através de uma camada de gases em movimento que absorvem uma parte deste calor . * Transferência de calor em fornos A quantidade total de calor transmitida ao material, aos gases e à alvenaria é dada por: * * Transferência de calor em fornos O aquecimento por radiação divide-se em três modos: i - Transferência de calor radiante uniformemente distribuída; ii -transferência de calor radiante diretamente orientada; iii - transferência de calor radiante indiretamente orientada. * Transferência de calor em fornos Em fornos diferentes realizam-se diferentes regimes de aquecimento. Por exemplo, nos fornos de fusão é r realiza-se o aquecimento por radiação dirigida direcionando a chama luminosa à carga. Em fornos de aquecimento de peças metálicas é cômodo realizar o aquecimento indireto do revestimento, que por sua vez emite calor para aquecer uniformemente a carga. Já na fusão... * Transferência de calor em fornos Se na fornalha existirem muitas fontes de calor por radiação uniformemente distribuída, nos cálculos da irradiação no espaço de trabalho é possível usar-se a equação clássica de Stefan Boltzman: * Transferência de calor em fornos Considerando o coeficiente de poluição da superfície de radiação * Transferência de calor em fornos Admitindo que as perdas de calor para o ambiente são iguais ao calor transmitido por convecção ao revestimento, é possível exprimir-se o valor da emissividade do espaço de trabalho por : * Transferência de calor em fornos A superfície de radiação da carga é sempre menor que a superfície total da carga, daí: Onde φ é o coeficiente da fração da superfície de radiação da carga, que obtém-se de dados experimentais. Este coeficiente é um parâmetro geométrico e depende da forma da superfície da carga, do seu tamanho, da disposição das peças, da distância entre elas e do modo de colocação destas na soleira. Para algumas peças o valor de φ pode-se determinar de gráficos. * Transferência de calor em fornos Para o cálculo do calor transmitido por convecção usa-se a seguinte fórmula: * Transferência de calor em fornos Na maioria dos fornos industriais, o espaço de trabalho é a própria câmara de combustão. Esta ocorre próximo da carga e a transferência de calor realiza-se geralmente por radiação (o papel da convecção varia entre 5-15%). * Calor gerado na combustão O calor gerado na combustão é dado por * Exercício Determine a temperatura da carga apresentada ao lado, que está sendo tratada num forno cujo emissividade do espaço de trabalho é de 0,62 e o consumo de combustível de 4 kg/s. Considere φ = 0,4 * * Solução * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
