Dimensionamento de uma caldeira, trabalho realizado para a disciplina de Operações Unitarias II com todo o procedimento necessario para se dimensionar uma caldeira dentro de uma industria de alimentos que necessita utilizar o vapor para suas operações.
1. Dimensionamento de
Caldeira
Professora: Maria Assima Bittar
Graduandas: Aryane Nakashima
Barbara Machado
Gerlane Ataides
Priscilla Rodrigues
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
Escola de Agronomia
2. Produto
Suco de Laranja
Tabela 1 – Composição quimica.
Minimo Maximo
Solidos soluveis em
°Brix, a 20°C
10,5 -
Relação de solidos
soluveis em
brix/acidez em g/100g
de acido citrico anidro
7,0 -
Acido ascorbico
(mg/100mg)
25,00 -
Açucares totais
naturais da laranja
(g/100g)
- 13,00
Oleo essencial de
laranja % v/v
- 0,035
3. Quantidade de Vapor
A vazão de vapor, para processos de aquecimento, pode ser calculada pela
seguinte equação:
Sendo :
qmf = 6633,83 Kg/h
Cpf = 3,75 kJ/Kg.°C
Ts = 95°C
Te = 5°C
hfg = 509,8 Kcal/Kgf
X = 1
Determinou-se a Q = 4391,76 Kgf/h
4. Dimensionamento das tubulações
Para o dimensionamento da linha principal e dos ramais
fixa-se suas velocidades, 25 e 15 m/s, respectivamente.
Estima-se o diâmetro da tubulação pela equação abaixo:
Sendo:
Q= 4391,76 Kgf/h
v = 25 m/s
γ = 0,2189 m3/Kgf
Determinou-se D = 4,6 ’’
5. Velocidade de escoamento
Calcula-se a velocidade real pela fórmula:
Sendo:
v= 25 m/s
Q = 5400 Kgf/h
γ = 0,2189 m³/kgf
S = 106,7 cm²
Determinou-se vreal = 24,7 m/s
6. Dimensionamento das tubulações
Calcula-se a perda de carga para a linha de vapor pela fórmula:
Sendo:
Q = 4391,76 Kgf/h
Y = 0,2189 m³/kgf
D = 11,66 cm
Determinou-se J = 0,277 Kgf/cm²
Tendo conhecimento do comprimento total da tubulação calcula-se
perda de carga real da linha, a perda de carga para 100 m pela
fórmula:
Sendo:
L = 44m
Lace= 15,4
L total = 59,4 m
Determinou-se Jreal = 0,16 Kgf/cm²
7. Dimensionamento da linha de
condensado
Para o dimensionamento da linha de
condensado, é necessário calcular o
diâmetro da linha de retorno do
condensado.
Q= 8156 lb
Vex= 0,76 ft³/lb
hp=1191,6 btu/lb
hr= 1189,4 btu/lb
v= 2000ft/min
C1= 880,4 btu/lb
d= 0,153´´
8. Condensadores
Quantidade de calor do condensado
𝑄 = 𝐶 𝑥
𝑃 (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)
𝐿
Admitindo aço shedule 40 como material da tubulação, cujo peso é 16,1
Kgf/m – 10,79 lb/ft
Sendo:
P = 70 m x 3,28 x 10,79 = 2477,4 lb
Tf = 336,7 °F
Ti = 86 °F
L = 229,6 ft
C aço = 0,114 btu/lb
Determinou-se Q = 679,7 lb
Adimitindo tempo de produção do aquecimento da linha e formação de
condensado igual à 5 minutos, temos Q = 8156 lb/h.
9. Isolamento da tubulação
Utilizando o valor do diâmetro da tubulação e a
temperatura do vapor determinou-se o isolamento
da tubulação de acordo com valores tabelados
Sendo:
D = 11/2 ’’
T= 174,5 °C na pressão absoluta 9 Kgf. cm^2
Temos um isolamento = 11/2 ’’, bem como o
espaçamento suporte da tubulação = 2,1 m.
10. Purgadores
Purgador de bóia
Não permite a saída de ar e outros gases incondensáveis
(alguns purgadores possuem uma válvula termostática para
eliminação de ar)
11. Quantidade de Combustíveis
A quantidade de combustível necessária para a produção de vapor
é calculada pela equação abaixo:
Sendo:
magua = 8000 Kg/h
hs = 660,8 Kcal/Kg
he = 333,7 Kcal/Kg
PCI = 9750 Kcal/Kg
ղ = 0,89
Determinou-se a mc = 301,56 Kg/h
12. Especificações da Caldeira
Modelo: M3P - 8.0
Fabricante: AALBORG Industries
Combustivel: Diesel
Consumo de Combustivel: 301,56 Kg/h
Poder calorifico do combustivel: 9750 Kcal/Kg
Eficiência da caldeira: 89,7%
13. Especificações da caldeira
O valor encontrado da pressão para perda de carga é de
0,16kgf/cm², sendo o modelo da caldeira escolhido
capaz de produzir 300 psi (21,09kgf/cm²). Logo a caldeira
escolhida é adequada ao fluxo do produto.
Tabela 2 – Dados da caldeira utilizada M3P - 8.0.
Segundo Instrução Normativa N° 01, De 7 de Janeiro de 2000, anexo I anexo XVII define suco de laranja é bebida não fermentada e não diluida, obtida da parte comestivel da laranja (Citrus sinensis), através de processo tecnologico adequado. Sua composição quimica segue de acordo com a Tabela 1.
Onde Cpf é o calor específico do produto a ser aquecido , qmf é taxa mássica do produto a ser aquecido, Ts é a temperatura de aquecimento final, Te é a temperatura de entrada do produto a ser aquecido, hfg é o calor latente do vapor, X é o título de vapor e qmv ou Q é a descarga-peso de vapor.
onde, Q é a descarga-peso em kgf/cm2, v é a velocidade estabelecida para o vapor na tubulação em m/s, D é o diâmetro da tubulação em cm e γ é o volume específico do vapor nas condições de temperatura e pressão estabelecidas em m3/kgf(valor tabelado, observando a pressão e temperatura)
Supondo Pressao relativa 8 Kgf.cm^2 e velocidade = 25 m/s, para um diâmetro de 5’’ tem – se o valor tabelado para a descarga peso de 5400 Kgf/h de vapor.
Onde, vreal é a velocidade real em m/s, Q é a descarga-peso de vapor na tubulação em kgf/h, γ é o volume específico do vapor nas condições de temperatura e pressão estabelecidas em m³/kgf e S é a área transversal do tubo (S = 𝜋∗𝑑² 4 ) em cm².
onde, J é a perda de carga em kgf/cm2 para cada 100 m de tubulação, Q é a descarga-peso de vapor na tubulação em kgf/h, γ é o volume específico do vapor nas condições de temperatura e pressão estabelecidas em m3/kgf e D é o diâmetro da tubulação em cm.
Calculada a perda de carga para 100 m, temos que calcular a perda de carga real da linha. Para tal, deve-se considerar o comprimento total da tubulação (linha principal ou ramal), composto pelo comprimento equivalente dos acessórios (Tabela 9.3) e o comprimento real da tubulação.
Adotamos 100 m, pois o nosso comprimento total é 59,4m para não ficar restrito, se utilizassemos 60 m iria corresponder exatamente ao valor de J= 0,277
Q é a quantidade de condensado produzida em lb. Vex é o volume especifico do vapor na pressão da linha de condensado. Hp é entalpia do condensado na pressão absoluta, que é 9kgf/cm². Hr é a entalpia do condensado na linha do condensado na pressão manométrica(relativa).
V é a velocidade em ft(pés)/ minuto, que correspondente a 10m/s,
C é calor latente de vapor na pressão da linha de retorno.
P é o peso da tubulação, supondo 70 m para o comprimento da tubulação do condesado. Tf é a temperatura do vapor para uma pressão de 8kgf/cm², de acordo com valores tabelados em Farenhait. Ti é a temperatura externa= ambiente, considerando 30°C. L é o nosso comprimento em ft (pés) 70m.
C é o calor especifico do aço, tabelado.
Uma vez que o diâmetro da tubulação estiver definido, utiliza-se de seu valor e da temperatura do vapor para se determinar o isolamento dos tubos pela tabela 9.11. Em seguida, pela tabela 9.12, determina-se o espaçamento do suporte da tubulação. Determina-se então o intervalo de declive da linha (0,5%) que apresenta ponto de drenagem.
O procedimento acima descrito deve ser realizado para a linha principal e cada um dos ramais.
Dependendo da quantidade de condensado a descarga pode ser contínua ou intermitente devido a possibilidade de descarga contínua, são empregados para reter o vapor na saida de aparelhos de aquecimento
Onde magua é o volume de água na caldeira em nível normal, hs é a entalpia dos gases gerados pela combustão a 45°C, he é a entalpia da água de alimentação da caldeira a 20°C, PCI é a taxa mássica de combustível e ղ é a eficiência da caldeira.
Caldeira flamotubular para queima de óleo e gás;
Traseira úmida (wet back) com três passagens de gases;
Baixo nível de emissões, devido à otimização do queimador com a fornalha;
Alto rendimento (91%);
Maior capacidade e rendimento podem ser alcançadas com a instalação de economizador;
Fácil manutenção devido às portas de acesso e número reduzido de tubos;
Fornecida como unidade completa para facilidade de instalação;
Pode ser fornecida opcionalmente com superaquecedor de vapor;
Projeto de acordo com as novas normas Européias;
