3. Auditoria energética à secção de impregnação
3.2. Auditoria à máquina de impregnar Single End
3.2.2. Balanços de energia - Entrada de energia
caudais molares de azoto, tendo presente que a percentagem de azoto no ar é de 79%.
Os caudais mássicos e molares do ar de combustão, ar fresco e dos gases de combustão e exaustão para a máquina Single End estão apresentados na tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Caudais mássicos e molares de ar e azoto para a máquina Single End
Corrente ṁ
Por aplicação da equação 3.3, verifica-se uma diferença de 3,31x10-3 kmol/s entre as correntes de entrada na máquina (ar de combustão e ar fresco) e a corrente de saída (gases de combustão e exaustão). Existem assim perdas não identificáveis na máquina, na ordem dos 6%.
Todos os resultados obtidos e cálculos efectuados relativamente ao ar de combustão, ar fresco e gases de combustão e exaustão encontram-se no anexo B (B.3, B.4 e B.7, respectivamente).
3.2.2. Balanços de energia - Entrada de energia
Potência térmica de combustão do gás naturalA potência térmica de combustão pode ser calculada sabendo o caudal volumétrico do combustível e o seu poder calorífico, tal como mostra a equação 3.8.
PCS V
Qcombustão combustível (3.8)
O combustível é alimentado com um caudal de 26,64 m3/h (anexo B: B.1). O poder calorífico superior (PCS) no mês de Abril foi de 11,978 kW.h/m3 (anexo E: E.4). Substituindo na equação 3.8, obtém-se uma potência térmica de 319,1 kW.
17 Potência térmica relativa ao calor sensível da combustão do gás natural
A potência térmica relativa ao calor sensível do combustível é a energia resultante do combustível entrar a uma temperatura superior à temperatura de referência (0 ºC; equação 3.9). natural encontra-se no anexo E (E.3).
Para substâncias líquidas determinou-se o calor específico através de valores tabelados, à temperatura média entre a temperatura da corrente e a do estado de referência (0 ºC). uma potência térmica de 0,2 kW.
Potência térmica do ar de combustão
A potência térmica do ar de combustão é a energia contida no ar que entra pela grelha dos queimadores para se dar a combustão e divide-se na potência térmica do ar seco e na potência térmica da água contida no ar. Assim, a potência térmica do ar seco de combustão foi determinado através da seguinte equação (3.11):
O ar seco entra nas estufas com um caudal total de 0,621 kg/s a uma temperatura de 27 ºC (anexo B: B.3.). Da integração do calor específico obteve-se um valor de 27,46 kJ/kg (anexo G). Substituindo os valores na equação 3.11 obtém-se uma potência térmica de 17,1 kW.
18 O caudal mássico de água presente no ar é igual a 0,0042 kg/s (anexo B: B.3). Da integração do calor específico do vapor de água obteve-se um valor de 50,32 kJ/kg (anexo F) e o calor latente à temperatura de referência equivale a 2501,7 kJ/kg [9]. Substituindo os valores na equação 3.12 obtém-se uma potência térmica da água presente no ar de combustão de 10,7 kW.
A potência térmica do ar de combustão (ar seco mais a água) equivale a 27,8 kW.
Potência térmica do ar fresco
Como as estufas não são totalmente fechadas, existe ar que entra de forma natural juntamente com o artigo a secar, designando-se ar fresco ou ar de renovação. Este ar é aquecido promovendo a secagem do artigo. Na máquina Single End o ar entra por onde as cordas entram e saem das estufas e por um tubo situado perto do queimador em cada estufa.
Tubos das estufas
Cada estufa possui um tubo por onde entra ar ambiente de forma natural (figura 3.2).
Figura 3.2 – Tubo por onde entra ar ambiente de forma natural na máquina Single End
A potência térmica do ar que entra pelos tubos inseridos na parede das estufas pode ser calculado aplicando as mesma equações usadas no ar de combustão. A potência térmica do ar seco foi calculada pela equação 3.11.
O caudal mássico de ar seco em ambos os tubos é igual a 0,336 kg/s. A temperatura do ar é de 27,0 ºC (anexo B: B.4) e o calor específico a essa temperatura é de 27,46 kJ/kg (anexo G). Substituindo os valores na equação 3.11 obtém-se uma potência térmica de 9,2 kW.
A potência térmica da água no ar que entra pelos tubos foi calculada através da equação 3.12.
O caudal mássico de água no estado gasoso corresponde a 0,0023 kg/s (anexo B:
B.4.) e a integração do calor específico vale 50,32 kJ/kg (anexo F). Substituindo os valores na equação 3.12, a potência térmica da água presente no ar vale 5,9 kW.
19 A potência térmica do ar fresco dos tubos (ar seco mais água presente no ar) equivale a 15,1 kW.
Entrada e saída das cordas
O ar fresco entra naturalmente na entrada e saída das cordas de ambas as estufas.
Na figura 3.3 é visível o local de passagem do ar na entrada das cordas numa das estufas.
Figura 3.3 – Local onde as cordas entram na estufa
A potência térmica do ar que entra nos locais de entrada e saída das cordas das estufas foi calculada aplicando a equação 3.11.
O caudal mássico de ar seco na entrada e saída das cordas é igual a 1,113 kg/s e a temperatura de entrada do ar é de 24,6 ºC (anexo B: B.4). A integração do calor específico é de 25,02 kJ/kg (anexo G). Substituindo os valores na equação 3.11 obtém-se um valor de 27,8 kW para a potência térmica do ar seco.
A potência térmica da água presente no ar foi calculada pela equação 3.12.
O caudal mássico de água é de 0,0074 kg/s (anexo B: B.4) e a integração do calor específico é de 45,84 kJ/kg (anexo F). Substituindo na equação 3.12, obtém-se uma potência térmica de água contida no ar de 18,9 kW.
A potência térmica total do ar fresco na entrada e saída das cordas equivale a 46,7 kW.
Potência térmica das cordas em verde
A potência térmica das cordas em verde depende do caudal mássico das cordas, do calor específico das cordas e da temperatura a que se encontram à entrada da 1ª estufa.
A potência térmica das cordas secas foi calculada por aplicação da equação 3.13.
cordasverdes ref
as p
cordas m c T T
Q
sec (3.13)
20 O caudal mássico de cordas corresponde a 0,063 kg/s e entram nas estufas a uma temperatura de 25,4 ºC (anexo B: B.5). O cp das cordas corresponde a 1,67 kJ/(kg.ºC) [10, 11]. Substituindo os valores na equação 3.13, obtém-se uma potência térmica de 2,7 kW.
As cordas em verde possuem um teor de água de 1,95%. A potência térmica da água presente nas cordas em verde foi calculada pela equação 3.13.
O caudal mássico de água vale 0,0013 kg/s (anexo B: B.5). O calor específico da água à temperatura média corresponde a 4,19 kJ/(kg.ºC) (anexo F). Substituindo os valores na equação 3.13 obtém-se uma potência térmica de 0,1 kW.
A potência térmica total (cordas secas mais a água) das cordas em verde corresponde a 2,8 kW.
Potência térmica da solução de impregnação
A potência térmica da solução de impregnação pode ser calculada sabendo o caudal de solução gasto na impregnação das cordas, a temperatura a que se encontra na tina de solução e o calor específico da solução, de acordo com a equação 3.13. Na figura 3.4 é visível as cordas a passarem pela solução de impregnação.
Figura 3.4 – Solução de impregnação da máquina Single End
O caudal mássico de solução é de 0,0299 kg/s a uma temperatura média de 13,8 ºC (anexo B: B.6). O calor específico da solução a 13,8 ºC é de 3,83 kJ/(kg.ºC) (anexo I: I.1).
Substitui-se os valores na equação 3.13, obtendo-se uma potência térmica de 1,6 kW.
A potência térmica da solução de impregnação corresponde a 1,6 kW.