7/17/2019 Calculo_Termico_GV

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TM276 - GERADORES DE VAPOR PROF. BÓÇON

2 - CÁLCULO TÉRMICO DE UMA CALDEIRA COMPLETA PARA VAPOR

SUPERAQUECIDO COM REAQUECEDOR 

Componentes: F = fornalha (inclui a parte radiante do vaporizador - paredes d'água)

S = superaquecedorR = reaquecedor

V = vaporizador (parte convectiva ou "banco convectivo")

E = economizador

A = aquecedor de ar (também chamado de "pré-ar")

2.1 - Dados de Projeto

Apresentado em aula.

2.2 - Cálculos preliminares

Apresentado em aula.

2.3 - Distribuição da perda de calor para o ambiente (p5)

Essa perda é estimada através do gráfico a seguir (extraído de Geradores de

Vapor, Hildo Pera), a partir da produção de vapor da caldeira. Toma-se a curva de 100%

para a condição de projeto (nominal). O calor total perdido para o ambiente é calculado

em função da potência térmica alimentada na fornalha:

PCIm pQ cb55  &=   [kcal/h]

A perda de calor para o ambiente deve ser distribuída entre todos os componentesda caldeira. Nas equações de cálculo isso é feito através dos fatores de distribuição da

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perda p5:

1f f f f f f  AEVR SF   =+++++  

Desta forma, cada componente será responsável por uma parte da perda p5. O

calor perdido para o ambiente em cada componente será:

PCIm pf Qf Q cb5i5ii5  &==   [kcal/h]

2.4 - Cálculo da Fornalha (e parte radiante do vaporizador)• Temperatura média da fornalha (temperatura de combustão)

a

 pg

5Facbcbaaq  par F

c tc)z1AC(

PCI pf )tt(c)tt(cACPCI)1(t   +

−+

−−+−+ησ−=   (1)

• Coeficiente de irradiação da fornalha

PCIm

Q

Fcb

i

η=σ

&  (2)

• Calor irradiado na fornalha para as paredes de água da fornalha)TT(SQ 4

 p

4

cii   −εβ=   (3)

2.5 - Cálculo do Superaquecedor

• Calor requerido para o superaquecimento do vapor

( )VSVS hhmQ   −=   &   (4)

• Calor de superaquecimento = calor cedido pelos gases

( ) 5SSR C pgcbS Qf ttc)z1AC(mQ   −−−+=   &   (5)

• Calor de superaquecimento = calor trocado por convecção

LSSSS tSUQ   Δ=   (6) 

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 A d iferença média logarítmica de temperaturas  

A equação a seguir é válida para todos os componentes (trocadores de calor)

convectivos da caldeira: Superaquecedor, Reaquecedor, Vaporizador, Economizador eAquecedor de Ar. Note que se deve utilizar as temperaturas pertinentes a cada

componente (de acordo com o diagrama temperaturas x trajeto do item que se está

calculando).

2

1

21L

t

tln

ttt

Δ

Δ

Δ−Δ=Δ  

OBSERVAÇÕES: 

1) Assume-se aqui o caso de trocadores de calor em contra-corrente. Para correntes

cruzadas ou múltiplas, o Δt L  deverá ser corrigido por um fator, conforme pode ser

encontrado nos livros de Transferência de Calor (capítulo referente a Trocadores de

Calor).

2) Os coeficientes globais de transferência de calor (U) nos trocadores (componentes)

convectivos (S , R , V , E , A) devem ser calculados ou estimados para a sequência do

cálculo térmico.

3) O valor de cpg (ou cpar ) deve ser tomado na temperatura média dos gases (ou do ar)

entre a entrada e a saída do componente. Exceção cabe à Fornalha, onde o cpg deve ser

tomado na temperatura média entre tc e ta.

2.6 - Cálculo do Reaquecedor

• Calor requerido para o reaquecimento do vapor

( )ER VER  hhmmQ   −=   &   (7)

onde mE é a fração de vapor extraído da turbina para reaquecimento. É dado de projeto

da instalação, normalmente 1m75,0 E  ≤≤ .

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• Calor de reaquecimento = calor cedido pelos gases

( ) 5R RVSR  pgcbR  Qf ttc)z1AC(mQ   −−−+=   &   (8)

• Calor de reaquecimento = calor trocado por convecção

LR R R R  tSUQ   Δ=   (9) 

2.7 - Cálculo do Vaporizador (parte convectiva)

• Calor requerido para vaporização (parte convectiva)

( ) i2VVV QhhmQ   −−=   &   (10)

Com h2 = θ2  (em kcal/kg e °C)

• Calor de vaporização = calor cedido pelos gases

( ) 5VVERV pgcbV Qf ttc)z1AC(mQ   −−−+=   &   (11)

• Calor de vaporização = calor trocado por convecção

LVVVV tSUQ   Δ=   (12)

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2.8 - Cálculo do Economizador

• Calor requerido para aquecimento da água

( )12VE hhmQ   −=   &   (13)

Com h1 = θ1  (em kcal/kg e °C)

• Calor de aquecimento da água = calor cedido pelos gases

( ) 5EEAVE pgcbE Qf ttc)z1AC(mQ   −−−+=   &   (14)

• Calor de aquecimento da água = calor trocado por convecção

LEEEE tSUQ   Δ=   (15) 

2.9 - Cálculo do Aquecedor de Ar

• Calor requerido para aquecimento do ar

) 5Aaaq  par cbA Qf ttcACmQ   +−=   &   (16)

• Calor de aquecimento do ar = calor trocado por convecção

LAAAA tSUQ   Δ=   (17)

• Calor de aquecimento do ar = calor cedido pelos gases

)gEA pgcbA ttc)z1AC(mQ   −−+=   &   (18)

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2.10 - Sequência de cálculo do GV completo

a) Cálculos preliminares: parâmetros relativos ao combustível, à combustão e à caldeira(PCI, AC, Cpg, perdas, rendimentos e consumo de combustível), vistos no item 2.2.

OBS.: para o cálculo de p6 , fixar a temperatura de saída dos gases da caldeira na faixa

C180a140tg   °=  

b) Fixar a temperatura média da fornalha ( C1200a800tC   °= ) conforme o PCI do

combustível.

c) Fixar a temperatura de aquecimento do ar ( C350a100t aq    °= ), conforme a

necessidade do combustível e/ou a melhoria pretendida no rendimento do GV.

d) Estimar os fatores de perda para o ambiente ( f F = 0.4, f S = f R = 0.15 e f V = f E = f A = 0.1)

e) FORNALHA: calcular σ (eq.1), Qi (eq.2) e Si (eq.3)

f) SUPERAQUECEDOR: calcular QS (eq. 4), tSR (eq. 5) e SS (eq. 6)

g) REAQUECEDOR: calcular QR (eq. 7), tRV (eq. 8) e SR (eq. 9)

h) Fixar θ2 = tv - (20 a 50°C)

i) VAPORIZADOR: calcular QV (eq. 10), tVE (eq. 11) e SV (eq. 12)

 j) ECONOMIZADOR: calcular QE (eq. 13), tEA (eq.14) e SE (eq. 15)

k) AQUECEDOR DE AR: calcular QA (eq. 16) e SA (eq. 17)

l) Verificar tg pela eq. (18). Deve ser igual a tg fixado no início (item a)