CÁLCULO DO PONTO DE ORVALHO DOS PRODUTOS DE

ILHA SOLTEIRA
XII Congresso Nacional de Estudantes de Engenharia Mecânica - 22 a 26 de agosto de 2005 - Ilha Solteira - SP
Paper CRE05-MF12
CÁLCULO DO PONTO DE ORVALHO DOS PRODUTOS DE COMBUSTÃO
Marcelo Cunha Moulin, Paulo Bertelli Franco e William Henrique Elias Murad
Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação, IESTI,
Universidade Federal de Itajubá, UNIFEI
Av. BPS, 1303, 37500-903, Itajubá, Minas Gerais, Brasil
Email para correspondência: [email protected]
Tapan Kumar Sen
Instituto de Engenharia Mecânica, IEM, Universidade Federal de Itajubá, UNIFEI
Av. BPS, 1303, 37500-903, Itajubá, Minas Gerais, Brasil
Email para correspondência: [email protected]
Introdução
A temperatura de orvalho é a temperatura limite para que se produza a condensação da umidade contida
no ar. Nos produtos de combustão, a água condensada freqüentemente apresenta alguns gases dissolvidos e
isto atribui à mesma uma propriedade corrosiva. Para evitar tal fato, geralmente se procuram manter, em
turbinas a gás, os produtos de combustão acima do ponto de orvalho, até que os mesmos possam ser
descarregados para a atmosfera (Tapan Kumar Sen et al., 1997).
Objetivos
Este trabalho apresenta a elaboração de um software que possibilita ao usuário a obtenção de alguns
dados relacionados a um processo de combustão. São estes: o cálculo da pressão parcial do vapor d’água do
combustível e também sua temperatura de orvalho, o cálculo da análise molar dos produtos e obtenção da
equação real de uma combustão através da escolha de um combustível em específico. (Faires et al., 2004).
Metodologia
Tal software, implementado em linguagem Java, apresenta uma organização dos dados obtidos através
de uma interface gráfica amigável. A escolha de tal linguagem é justificada pela alta portabilidade da mesma,
possibilitando que o programa possa ser executado em qualquer sistema operacional que apresente uma
JVM, Java Virtual Machine instalada. (Deitel et al., 2004).
Para o cálculo da temperatura de orvalho quando o combustível for a gasolina o programa utiliza os
seguintes procedimentos e equações:
1) Montagem da equação de combustão balanceada baseado na fórmula molecular da gasolina ou do
combustível escolhido e da porcentagem de ar teórico com nar = 12,5 * ar / 100; nco = 8; nag = 9; no2 = nar
– 12,5; a equação da combustão é dada por:
C8H18 + nAr O2 + 3,76 nAr N2 => nCO CO2 + nH2O H2O + nO2 O2 + 3,76 nAr N2
(1)
onde: nAr é o número de mols do ar , nCO é o número de mols do monóxido de carbono, nH2O é o número de
mols da água e nO2 é o número de mols do oxigênio.
2) Para o cálculo do ponto de orvalho de acordo com a equação de combustão acima e da pressão total
fornecida é necessário utilizar uma tabela de pressão de vapor d’água saturado já definida. (Wylen et al.,
1998). Portanto, tem-se: Pv = Pt * nag/ntotal; onde Pv é a pressão parcial de vapor de água calculado, Pt é a
pressão total fornecida, nag é o número de mols da água e ntotal é o número de mols total da equação de
combustão.
A temperatura do ponto de orvalho é proveniente do resultado de uma equação, em função da pressão
parcial de vapor d’água Eq.(2) a Eq.(4). De acordo com a faixa de valores em que se encontra o valor da
pressão parcial de vapor d’água calculada (Pv), uma devida equação será formada com os coeficientes
específicos retirados da tabela obtida através de experiências feitas estatisticamente em laboratório para que
se encontrassem resultados bastante confiáveis para a temperatura do ponto de orvalho, como podemos ver
nos casos abaixo descritos. Este trabalho aborda a análise dos combustíveis: gasolina, álcool, diesel e
metano.
Para o caso do combustível diesel, opção presente neste trabalho, com 200% de ar teórico e pressão total
de 2 kgf/cm2, é:
T = 97.1513 + 22.9842 *Math.log(Pv)
(2)
Para o caso do combustível álcool, opção também presente neste trabalho, com 300% de ar teórico e
pressão total de 1 kgf/cm2, é:
T = 83.7702 + 16.9385 * Math.log(Pv)
(3)
Já a temperatura do Ponto de Orvalho, para a gasolina, calculada acima, que está representada pela
figura abaixo, provém da mesma fórmula acima, coincidentemente:
T = 83.7702 + 16.9385 * Math.log(Pv)
(4)
Resultados
O software implementado pode ser visualizado abaixo, através da Fig. 1:
Figura 1 – Tela com todos os cálculos
Conclusão
Este software pode ser utilizado para qualquer combustível que apresente apenas átomos de carbono,
oxigênio, hidrogênio e nitrogênio em sua fórmula, como gasolina, álcool e diesel, por exemplo, bem como
também pode ser usado para qualquer pressão atmosférica e qualquer porcentagem de ar teórico, ficando por
conta do usuário, escolher os dados que serão utilizados nos cálculos. Para cada combustível será calculada
uma pressão parcial de vapor de água, que, por conseguinte, será utilizada em uma equação específica para o
cálculo da temperatura de orvalho, equação esta que depende do valor da pressão parcial de vapor de água do
combustível empregado.
Agradecimentos
Agradecemos ao nosso professor Tapan Kumar Sen pelo seu apoio, estudo e orientação na realização
deste trabalho.
Referências Bibliográficas
Deitel H. M. , Deitel P. J. . Java Como programar, 4ª edição, 2004, Editora Bookman.
Faires, V.M., Thermodynamics, 4ª edição, 1962, Ed.The MacMillan Company.
Moram, Michael J., SHAPIRO, Howard N., Fundamentals of Engineering
Thermodynamics, 3ª edição, 1999, Ed. John Wiley & Sons Inc.
Sen, Tapan Kumar, Notas de aula (Termodinâmica), Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), 1997.
Streeter, V.L., Wiley, B. Mecânica dos Fluidos. MacGraw Hill do Brasil, 1982.
Wylen V., Sonntag, Borgnakke. Fundamentos da Termodinâmica, 5ª edição, 1998, Ed.E.
Blucher Ltda.