1
PME 2445 – SISTEMAS TÉRMICOS PARA MECATRÔNICA
Prof. Jurandir Itizo Yanagihara
Lista de Exercícios I – Geradores de Vapor
1) Uma unidade geradora de vapor, com capacidade para 200 kg/s de vapor superaquecido (12,5
MPa e 500 oC), é projetado para queimar óleo combustível (PCI = 43000 kJ/kg). A
temperatura da água de alimentação é de 250 oC. Admitindo-se que o rendimento térmico da
caldeira é de 75%, estime o consumo de combustível. Resposta: mcomb=15,96 kg/s.
2) O gerador de vapor de um navio consome 7500 kg/h de combustível para produzir 95000
kg/h de vapor a 4,5 MPa e 450 oC a partir de água a 4,4 MPa e 180 oC. Calcule a eficiência da
caldeira e a temperatura de saída dos gases de combustão pela chaminé admitindo que o
comportamento dos gases de combustão é de gás perfeito, com as mesmas propriedades
físicas do ar a 25 oC. A relação ar-combustível é de 20 kgar/kgcomb. A temperatura de entrada
do ar e do combustível é de 25 oC. Dados: PCIcomb (Tref = 25 oC) = 43000 kJ/kg. Respostas:
η=0,754; Tgases = 529,5 oC.
3) Um gerador de vapor aquotubular queima octano (C8H18) a uma taxa de 1000 kg/h com um
excesso de ar de 20%. A temperatura de saída dos gases na chaminé é de 400 oC. Qual a
produção de vapor (em kg/s) quando este gerador de vapor faz parte de um Ciclo de Rankine
operando com vapor a 3,5 MPa e 350 oC na entrada da turbina e com pressão de condensação
de 10 kPa? Dados: PCIcomb (Tref = 25 oC) = 44300 kJ/kg, Cpar = Cpgases = 1,0 kJ/kg oC, Tcomb
= 25 oC, Tar = 25 oC. Resposta: mvap = 3,55 kg/s.
4) Considere um gerador de vapor que queima 2,2 kg/s de óleo combustível e produz vapor
superaquecido a 10 MPa e 400 oC. No processo de transferência de calor, parte da energia
disponibilizada pela combustão do óleo é cedida pelos gases de combustão para as paredes
d’água e os superaquecedores. A água de alimentação está a 180 oC e a temperatura dos
gases de combustão antes da passar pelo superaquecedor é de 1100 oC. Considerando-se que
Cpar = Cpgases = 1,0 kJ/kg oC, calcule a produção de vapor, a temperatura dos gases após
passar pelos superaquecedores e a eficiência da caldeira. Dados: PCIcomb (Tref = 25 oC) =
44200 kJ/kg, Rar,comb = 20 kgar/kgcomb; Tcomb = 25 oC, Tar = 25 oC. Respostas: mvap = 24,19
kg/s; Tg,sup = 906,4 oC; η = 0,579.
5) Um gerador de vapor de uma usina termelétrica queima carvão pulverizado e produz vapor
superaquecido a 10 MPa e 500 oC. A água de alimentação está a Tagua = 180 oC e a
temperatura de entrada do ar, após passar pelo pré-aquecedor, é T1 = 250 oC. O poder
calorífico inferior (PCI) do combustível é de 17.500 kJ/kgcomb, sendo que a temperatura de
entrada do combustível é Tamb=Tref = 25 oC e a massa de ar de combustão é de 7,5 kgar seco/
kgcomb. Considere desprezível a umidade do ar de entrada. A massa dos gases de combustão é
de 8,2 kggases/kgcomb e a massa de cinzas leves é de 0,3 kgcinzas/kgcomb. Considerando-se que os
gases de combustão deixam o superaquecedor à temperatura de T3 = 900 oC e que o consumo
de combustível é de 25 kgcomb/s, calcule: a) a produção de vapor (kg/s); b) a temperatura (T2)
