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Beedy Academy · Calculadoras

Calculadoras gratuitas de energia, vapor e utilidades

14 cálculos de central térmica e utilidades: caldeiras, vapor, torres de arrefecimento, combustíveis, CO₂ e ar comprimido. Fórmula e exercícios em cada um.

Caldeiras e vapor

Eficiência da caldeira (método direto)

Fórmulaη = S × (hg − hfw) ÷ (F × PC) × 100  ·  hfw ≈ 4,19 × Tfw
t/h
°C
kg/h
MJ/kg
Calor transferido ao vapor—MW
Potência fornecida pelo combustível—MW
Eficiência da caldeira (η)—%

Vapor saturado seco, purga desprezada. Indicar a base: PCS (gás natural ≈ 80 a 85 %) ou PCI (≈ 88 a 93 %).

Caudal de vapor para uma carga térmica

Fórmulaṁ = Q × 3600 ÷ hfg
kW
Caudal de vapor (ṁ)—kg/h
Calor latente (hfg)—kJ/kg
Temperatura de saturação—°C

Vapor saturado seco totalmente condensado, condensado a sair à saturação. Acrescentar 5 a 10 % para perdas e arranque.

Vapor flash do condensado

Fórmulax = (hf1 − hf2) ÷ hfg2  ·  ṁflash = x × ṁ
kg/h
Fração flash (x)—%
Vapor flash—kg/h

Condensado saturado a P₁. Este vapor de baixa pressão pode ser recuperado (desgaseificador, aquecimento) em vez de se perder no respiro.

Purga da caldeira e ciclos de concentração

FórmulaN = Cb ÷ Cfw  ·  BD = S × Cfw ÷ (Cb − Cfw)  ·  FW = S + BD
µS/cm
µS/cm
t/h
Ciclos de concentração (N)—×
Purga em % da água de alimentação—%
Caudal de purga (BD)—t/h
Água de alimentação (FW)—t/h

Também serve com SDT ou cloretos (mesma unidade dos dois lados). Purga típica: 1 a 8 % da água de alimentação; respeitar o limite de SDT do fabricante.

Retorno de condensado e água de reposição

FórmulaR = C ÷ S × 100  ·  MU = S − C  ·  Tmix = (C × Tc + MU × Tmu) ÷ S
t/h
t/h
°C
°C
Taxa de retorno (R)—%
Água de reposição (MU)—t/h
Temperatura da mistura (Tmix)—°C

Balanço simplificado (purga e vapor do desgaseificador desprezados). Cada ponto de retorno ganho poupa água tratada, químicos e combustível.

Água de arrefecimento e bombagem

Torre de arrefecimento: amplitude, aproximação, evaporação

FórmulaΔT = Th − Tc  ·  A = Tc − Twb  ·  η = ΔT ÷ (ΔT + A) × 100  ·  E ≈ 0,00153 × Q × ΔT  ·  P = Q ÷ 3,6 × 4,18 × ΔT
m³/h
°C
°C
°C
Amplitude (ΔT)—K
Aproximação (A)—K
Eficácia da torre (η)—%
Perda por evaporação (E)—m³/h
Calor rejeitado (P)—kW

E ≈ 0,00085 × gpm × °F, ou seja 0,00153 × Q × ΔT em m³/h e °C (cerca de 85 % do calor sai por evaporação). Aproximação usual: 3 a 6 °C.

Torre de arrefecimento: ciclos, purga e reposição

FórmulaN = Cc ÷ Cmu  ·  B = E ÷ (N − 1)  ·  M = E + B
m³/h
µS/cm
µS/cm
Ciclos de concentração (N)—×
Purga + arrastamento (B)—m³/h
Água de reposição (M)—m³/h

Medir a condutividade (ou cloretos, sílica) na reposição e na bacia. Passar de 3 para 6 ciclos reduz muito a reposição; o limite vem das incrustações.

Potência de bombagem

FórmulaPh = ρ × g × Q × H ÷ 3600 ÷ 1000  ·  Pa = Ph ÷ ηp  ·  Pe = Pa ÷ ηm
m³/h
m
%
%
h/yr
Potência hidráulica (Ph)—kW
Potência ao veio (Pa)—kW
Potência elétrica (Pe)—kW
Energia anual—kWh/ano

Água com ρ = 1000 kg/m³ e g = 9,81 m/s². Para outro líquido, multiplicar pela densidade relativa. Uma bomba longe do ponto de melhor rendimento desperdiça energia.

Combustíveis, eficiência e CO₂

Energia de um combustível (PCI e PCS)

FórmulaP = F × PC ÷ 3600  ·  E = F × 24 × PCI ÷ 1000
kg/h
Potência sobre PCI—MW
Potência sobre PCS—MW
Energia por dia (PCI)—GJ/d

Valores típicos em MJ/kg (PCI / PCS): gás natural 47,1 / 52,2; propano 46,6 / 50,2; gasóleo 42,8 / 45,8; fuelóleo pesado 39,5 / 42,2; carvão 22,7 / 24,0; hidrogénio 120,0 / 141,9. Usar a análise do fornecedor se conhecida.

CO₂ emitido pela combustão

FórmulaE = m × PCI  ·  CO₂ = E × FE ÷ 10⁶
t
Energia (PCI)—GJ
CO₂ emitido—t CO₂
CO₂ por tonelada de combustível—t CO₂/t

Valores por defeito do IPCC 2006 (vol. 2, quadros 1.2 e 1.4), oxidação completa. Para reporte oficial usar PCI e teor de carbono medidos. Gás natural: cerca de 0,7 a 0,8 kg/Sm³.

Consumo específico de calor e eficiência térmica

Fórmulaη = P ÷ (F × PCI ÷ 3,6) × 100  ·  HR = 3600 ÷ η × 100
kg/h
MJ/kg
kW
Potência fornecida pelo combustível—MW
Eficiência térmica (η)—%
Consumo específico de calor (HR)—kJ/kWh
Consumo específico de calor (HR)—Btu/kWh

Referências sobre PCI: motor ou turbina a gás em ciclo simples 30 a 42 %; ciclo combinado 50 a 60 %. Quanto menor o heat rate, melhor. 1 kJ = 0,9478 Btu.

Ar comprimido

Fuga de ar comprimido: caudal e energia

Fórmulaṁ = Cd × A × P₀ × √(k ÷ (R × T)) × (2 ÷ (k + 1))(k + 1) ÷ (2(k − 1))  ·  Q = ṁ ÷ ρair  ·  P = Q × SP
mm
bar(g)
kW/(m³/min)
h/yr
Caudal de fuga (ar livre, Q)—m³/min
Caudal de fuga (ar livre, Q)—L/s
Potência perdida (P)—kW
Energia perdida por ano—kWh/ano

Escoamento crítico de gás ideal (k = 1,4), ar a 20 °C, válido acima de cerca de 1 bar(g). Cd ≈ 0,61 para um orifício de aresta viva, até 0,97 se arredondado. Ar livre referido a 20 °C e 1,013 bar.

Ensaio de fugas por tempos de carga

FórmulaL = T ÷ (T + t) × 100  ·  QL = C × L ÷ 100  ·  PL = Pc × L ÷ 100
s
s
m³/min
kW
h/yr
Fugas (L)—%
Caudal de fuga (QL)—m³/min
Potência perdida (PL)—kW
Energia perdida por ano—kWh/ano

Fazer o ensaio sem consumo (fábrica parada), durante vários ciclos. Rede bem mantida: menos de 10 %; 20 a 30 % é frequente. Potência em vazio desprezada.

Volume do reservatório de ar comprimido

FórmulaV = t × (Cd − Cs) × Pa ÷ (P₁ − P₂)  ·  Pa = 1,013 bar
m³/min
m³/min
min
bar(g)
bar(g)
Volume de reservatório necessário (V)—m³
Défice de ar—m³/min

Caudais em ar livre. O reservatório só cobre uma ponta curta: se o défice durar, é preciso mais capacidade de compressão, não um reservatório maior.

Ferramentas de aprendizagem e verificação. As gamas indicadas são referências gerais: siga sempre os procedimentos, licenças e instruções da sua instalação. Nada é enviado: os cálculos são feitos no seu navegador.

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