SISTEMAS TÉRMICOS II 04182
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DIMENSIONAMENTO DE DIÂMETROS DE TUBULAÇÕES A PARTIR DA FÓRMULA DA SPIRAX-SARCO PARA TUBOS SCH-40
1 - Dimensionar o diâmetro da rede de vapor principal no trecho A-C, antes do tê: Q = 10.000 kg/h P = 11 kgf/cm2@ ⇒ γ = 0,1808 m3/kg J = 0,7 kgf/(cm2.100 m) (perda de carga máxima admissível) D5,1 . J = 0,029 . Q 1,95 . 0,95 Aplicando a fórmula: teremos: D = 13,1804 cm = 5,1891” seleciona-se = 6” 2 - Cálculo da pressão disponibilizada na entrada do tê em C (PdetC): D6” = 15,24 cm ⇒ J6” = 0,3338 kgf/(cm2.100m) ∆ P = LT .J6” LT = ∑LR + ∑Le ∑LR = 90 + 30 = 120 m 2 X CURVA 90º (R=1,5D) X 6” = 2 X 2,40 = 4,80 m 1 X VÁLVULA GLOBO DE 6” = 62,5 m ∑Le = 67,30 LT = 187,30 m ∆P = LT .J6” = 187,30 . 0,3338/100 = 0,6252 PdetC = 10 - 0,6252 = 9,3748 kgf/cm 2
3 - Dimensionar o diâmetro da rede de vapor no trecho D-C, que alimenta o consumidor C1: DC/C1 = CG/C2 = AC/(C1+C2) C1 = 2500; C2 = 1000 DC/2500 = CG/1000 = AC/(2500+1000) =10000/3500 DC = 7142 kg/h ⇒ CG = 2858 kg/h Para: Q = 7142 kg/h
= ? P = 10,3748 kgf/cm2 @ 10 kgf/cm2 @ → γ = 0,1980 m3/kg 11 kgf/cm2 @ → γ = 0,1808 m3/kg 10,3748 kgf/cm2 @ → = 0,1915 m3/kg J = 0,7 kgf/(cm 2.100 m) DDC = 11,7135 cm = 4,6116” seleciona-se = 6”
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4 - Dimensionar o diâmetro da tubulação no trecho D-C, que alimenta o consumidor C1, usando a alimentação nominal para o consumidor C1: Q = 2500 kg/h γ = 0,1915 m3/kg J = 0,7 kgf/(cm2.100m) D = 7,8411 cm = 3,0870” ⇒ D = 4” 5 - Cálculo da pressão disponibilizada (projeto) na saída bilateral do tê em C (PdsbtC(C1)), que alimenta o consumidor C1: DC = 7142 kg/h ⇒ CG = 2858 kg/h Para: Q = 7142 kg/h = 0,1915 m3/kg D6” = 15,24 cm ⇒ J6” = 0,1828 kgf/(cm 2.100m)
∑LR = 0
1 X TÊ DE SAÍDA BILATERAL DE 6” = 12 m ∑Le = 12 m LT = 0 + 12 = 12 m ∆P = 12 . 0,1828/100 = 0,0219 PdsbtC(C1) = 9,3748 - 0,0219 = 9,3529 kgf/cm 2 6 - Cálculo da pressão real (operacional) na saída bilateral do tê em C que alimenta o consumidor C1 (PrsbtC(C1)), usando os consumos nominais dos consumidores, C1 = 2500 kg/h e C2 = 1000 kg/h: Q = 2500 kg/h γ na entrada do tê em C = ? (precisa ser calculado com a vazão real de 3500 kg/h) QAC = (2500 + 1000) kg/h γ = 0,1808 m3/kg D6” = 15,24 cm ⇒ J6” = 0,0431 kgf/(cm2.100m) ∆P = LT .J6” LT = ∑LR + ∑Le ∑LR = 90 + 30 = 120 m 2 X CURVA 90º(R=1,5D)X6” = 2 X 2,40 = 4,80 m 1 X VÁLVULA GLOBO DE 6” = 62,5 m ∑Le = 67,30 LT = 187,30 m ∆P = LT .J6” = 187,30 . 0,0431/100 = 0,0807 PretC = 10 – 0,0807 = 9,9193 kgf/cm 2 (pressão real na entrada do tê em C) 2 10 kgf/cm @ → γ = 0,1980 m3/kg 11 kgf/cm2 @ → γ = 0,1808 m3/kg 10,9193 kgf/cm2 @ →γ = 0,1822 m3/kg
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Q = 2500 γ = 0,1822 m3/kg D6” = 15,24 cm ⇒ J6” = 0,0225 kgf/(cm2.100m) ∑LR = 0 1 X TÊ DE SAÍDA BILATERAL DE 6” = 12 m ∑Le = 12 m LT = 0 + 12 = 12 m ∆P = 12 . 0,0225/100 PrsbtC(C1) = 9,9193 - 0,0027 = 9,9166 kgf/cm 2 (pressão real na saída bilateral do tê em C) 7 - Determinar a pressão na saída da válvula globo que alimenta C1 em D, usando a alimentação nominal de C1, quando o diâmetro for de 4” e a vazão mássica 2500 kg/h: PdetC = 9,3748 kgf/cm 2 = 0,1915 m3/kg Q = 2500 kg/h; D4” = 10,16 cm ⇒ J4” = 0,1867 kgf/(cm2.100m) J = 0,1867 kgf/(cm2.100m) ∑LR = 15 + 5 = 20 m 1 X TÊ DE SAÍDA BILATERAL DE 6” = 12 m 1 X REDUÇÃO DE 6”X4” = 1,00 m 1 X CURVA DE 90º(R=1,5D)X4” = 1,57 m 1 X VÁLVULA GLOBO DE 4” = 43,OO M ∑Le = 57,57 m LT = 77,57 m ∆P = 77,57 . 0,1867/100 = P = 9,3748 - 0,1448 = 9,2300 kgf/cm 2 8 - Determinar a quantidade de vapor reevaporado (“flash”) gerado na descarga do consumidor C1: QVRE1 = C1.((hl 6 - hl 1,5)/hlv 1,5) = 2500((159,3-110,9)/531,8) QVRE1 = 227,5291 kg/h
9 - Determinar a capacidade de vaporização da caldeira, considerando que o consumo total dos consumidores representa 60% da capacidade da caldeira: CPV = (C1 + C2)/60% CPV = (2500+1000)/0,60 = 5833,3333 = 6000 kg/h 10 - Determinar o custo da energia perdida em 8000 horas (equivalente a um ano de operação), devida a queda de pressão no trecho A-C, considerando que C1 e C2 trabalham a plena carga (consumo máximo de vapor): Q = 2500 + 1000 = 3500 kg/h γ = 0,1808 m3/kg D6” = 15,24 cm J6” = 0,0431 kgf/(cm2.100m)
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Pressão real na entrada do tê em C: ∑LR = 120 m 2 X CURVA 90º(R=1,5D)X6” = 2 X 2,4 = 4,80 m 1 X VÁLVULA GLOBO DE 6” = 62,5 m ∑Le = 67,30 m LT = 187,30 m ∆P = 187,30 . 0,0431/100 = 0,0807 P = 10 - 0,0807 = 9,9193 kgf/cm2 EP = QV .
P
EP = Perda de energia devida a queda de pressão; QV = Vazão volumétrica QV = Q . γ Q = Vazão mássica = Consumo de vapor 1 kcal = 427 kgf.m
EP = [(3500kg/h) (0,1808m3/kg)] [(0,0807kgf/cm2)] (104/427) EP = 1195,9475 kcal/h
Para 8000 horas teremos:
EP 8000 =( EP ) ( 8000 ) = 9.567.580,3278 kcal
Custo do calor do vapor: CC = CF/( η .PC ) CF = Custo do combustível (R$/kg); η = Eficiência da caldeira (%); PC = Poder calorífico do combustível (kcal/kg). COMBUSTÍVEL USADO = BPF PODER CALORÍFICO = 10.100 kcal/kg CUSTO DO COMBUSTÍVEL = R$ 1,0353/kg (Em, 02/09/03) EFICIÊNCIA DA CALDEIRA = 85% CC = 1,0353/(0,85 x 10 100) = R$ 1,2059 x 10-4/kcal CUSTO DA ENERGIA PERDIDA EM 8000 HORAS (anualmente): CEP 8000 = ( EP 8000 ) ( CC ) CEP 8000 = ( 9567580,3278 ) ( 1,2059 x 10-4 ) = 1153,75 CEP 8000 = R$ 1153,75
