·
Engenharia de Produção ·
Outros
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
QCQ 010 Profa Isabella Pacifico Aquino Prof Ivan Carlos Franco PODER CALORÍFICO COMBUSTÃO É uma reação química de oxidação e redução com liberação de energia na forma de calor reação exotérmica ENERGIA QUÍMICA ENERGIA TÉRMICA 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐬𝐭í𝐯𝐞𝐥 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐫𝐞𝐧𝐭𝐞 Energia 𝐟𝐮𝐦𝐨𝐬 𝐜𝐢𝐧𝐳𝐚𝐬 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 Na combustão o combustível sofre a oxidação agente redutor e o comburente sofre a redução agente oxidante EXEMPLOS CH4 2 O2 CO2 2 H2O C O2 CO2 H2 1 2O2 H2O S L e G O2 e AR C H N O S e P CO2 CO H2O N2 O2 SOx Nox RESÍDUOS Ar atmosférico 79 N2 e 21 O2 molar 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐬𝐭í𝐯𝐞𝐥 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐫𝐞𝐧𝐭𝐞 Energia 𝐟𝐮𝐦𝐨𝐬 𝐜𝐢𝐧𝐳𝐚𝐬 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO É a quantidade de calor liberado na queima completa por massa de um combustível sólido ou líquido ou por volume de um combustível gasoso sob certas condições Unidades Combustíveis sólidos e líquidos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑘𝑔 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Combustíveis gasosos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑁𝑚3 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑁𝑚3 Normalmente 18 C sendo os produtos da combustão resfriados até a temperatura inicial 18C da mistura combustível PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO PODER CALORÍFICO SUPERIOR PCS OU PODER CALORÍFICO TEÓRICO Considera a água presente nos fumos estando na fase líquida ou seja considera o calor latente de vaporização da água PODER CALORÍFICO INFERIOR PCI OU PODER CALORÍFICO ÚTIL Considera a água presente nos fumos estando na fase gasosa ou seja desconsidera o calor latente de vaporização da água O valor do PC é dito superior porque se recupera o calor de condensação da água resultante da combustão condensada PCS 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL É medido numa bomba calorimétrica a volume constante Número de mols do combustível Calor de combustão do combustível kcalmol PCI 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL Número de mols do combustível Calor de combustão do combustível kcalmol Calor latente Q mL 18 C PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO PODER CALORÍFICO SUPERIOR PCS OU PODER CALORÍFICO TEÓRICO Considera a água presente nos fumos estando na fase líquida ou seja considera o calor latente de vaporização da água PODER CALORÍFICO INFERIOR PCI OU PODER CALORÍFICO ÚTIL Considera a água presente nos fumos estando na fase gasosa ou seja desconsidera o calor latente de vaporização da água CALOR LIBERADO PELO COMBUSTÍVEL ESTADO FÍSICO DA ÁGUA PRESENTE NOS FUMOS líquido vapor Calor transferido para a água PCS PCI 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑚𝐿 18 𝐶 Diferença entre PCS e PCI é dado pelo calor de vaporização da água Massa de água total presente nos fumos Calor latente da água a 18 C 𝑚 𝑚𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝑚𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 O valor do PC é dito superior porque se recupera o calor de condensação da água resultante da combustão condensada ao retirar absorver todo o calor dos fumos Ou mol L 586 Kcalkg ou L 1055 kcalmol Substância Fórmula 𝐇𝐜 KJmol 𝐇𝐜 Kcalmol Etanol C2H5OH 395 945 octano C8H18 5471 1309 metano CH4 890 213 Propano C3H8 2220 531 Hidrogênio H2 284 68 carbono C 405 97 Monóxido de carbono CO 284 68 PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO ENTALPIA DE COMBUSTÃO Hc OU CALOR DE COMBUSTÃO L Quantidade de energia liberada quando 1 mol de combustível é queimado em condição padrão KJmol Depende do estado físico CO2 gasoso e H2O líquida PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO BASE DE CÁLCULO COMBUSTÍVEL GASOSO 1 m3 1000 L na CNTP COMBUSTÍVEL LÍQUIDO 1 Kg 1000 g Combustível hidrogenado Há formação de H2O PCS PCI Combustível não hidrogenado Não há formação de H2O PCS PCI EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 4 Estimar o PCS kcalNm3 e o PCI kcalNm3 de uma mistura gasosa contendo 20 de C2H6 40 de CH4 10 de CO 20 de N2 e 10 de O2 em volume Dados Calores de combustão kcalmol para água resultante no estado líquido C2H6 373 CH4 213 CO 68 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C586 kcalkg L18 C1055 kcalmol RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐌𝐆 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 20 𝐶2𝐻6 40 𝐶𝐻4 10 𝐶𝑂 20 𝑁2 10 𝑂2 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 Quem libera energia COMBUSTÍVEL 20 𝐶2𝐻6 40 𝐶𝐻4 10 𝐶𝑂 20 𝑁2 10 𝑂2 Na CNTP 1 mol 224 L 1 mol 224 L ntotal 1000 L ntotal 4464 mol molar volum 𝑛 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 𝑉𝑚 𝐶𝑁𝑇𝑃 molar x 𝑛1 𝑛 𝑥 100 Para CH4 CH4 𝑛𝐶𝐻4 𝑛 𝑥 100 40 𝑛𝐶𝐻4 4464 𝑥 100 𝒏𝑪𝑯𝟒 1786 mols de CH4 Para 𝐂𝟐𝐇𝟔 𝐂𝟐𝐇𝟔 𝑛𝐶2𝐻6 𝑛 𝑥 100 20 𝑛𝐶2𝐻6 4464 𝑥 100 𝑛𝐶2𝐻6 893 mols de 𝐂𝟐𝐇𝟔 PV n RT T 0C e P 1 atm V 1m3 1000 L Para CO CO 𝑛𝐶𝑂 𝑛 𝑥 100 10 𝑛𝐶𝑂 4464 𝑥 100 𝒏𝑪𝑶 446 mols de CO PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Terceiro passo Identificar os componentes combustíveis do combustível e equacionar as reações de combustão CH4 2 O2 CO2 2 H2O Importante 1 Considerar que todo o combustível é consumido na reação 2 Considerar sempre combustão completa a Considerar que todo carbono é oxidado à CO2 b Considerar que todo hidrogênio é oxidado à H2O balancear QUEM REAGE COM O COMBURENTE Componentes combustíveis Hidrocarbonetos H2 e CO liberam energia RESOLUÇÃO GC 100 2 C2H6 7 O2 4 CO2 6 H2O 2 CO O2 2 CO2 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO Q C2H6 n C2H6 L C2H6 893 mol 373 kcal mol Q C2H6 333089 Kcal Quarto passo Identificar o estado físico da água presente nos fumos informação no enunciado para determinar o tipo de poder calorífico a ser calculado Como a água presente nos fumos se encontra no estado líquido temos que determinar o Poder Calorífico Superior PCS PCS 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL PCS Q C2H6 Q CH4 Q CO Q CH4 n CH4 L CH4 1786 mol 213 kcal mol Q CH4 380418 kcal Q CO n CO L CO 446 mol 68 kcal mol Q CO 30328 Kcal PCS Q C2H6 Q CH4 Q CO PCS 33309 380418 30328 PCS 743835 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑵𝒎𝟑 COMBUSTÍVEL CH4 1786mols C2H6 893 mols CO 446 mols Poder Calorífico Superior PCS RESOLUÇÃO CH4 2 O2 CO2 2 H2O H2O formada 2 𝐂𝟐𝐇𝟔 𝟕 𝐎𝟐 𝟒 𝐂𝐎𝟐 𝟔 𝐇𝟐𝐎 Quinto passo determinar a quantidade de água formada pelas reações CH4 2 O2 CO2 2 H2O 2 C2H6 7 O2 4 CO2 6 H2O 2 CO O2 2 CO2 COMBUSTÍVEL CH4 1786 mols C2H6 893 mols CO 446 mols PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Para H2O 1 mol CH4 2 mol H2O 1786 mols nH2O nH2O 3572 mols Para H2O 2 mol 𝐂𝟐𝐇𝟔 6 mol H2O 893 mols nH2O nH2O 2679 mols 𝑛 𝑛𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝑛𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑛 2679 3572 𝑛 6251 mols 0 Sexto passo Estimar o segundo Poder Calorífico Neste caso Poder Calorífico Inferior PCI 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑛𝐿 18 𝐶 743835 PCI 6251 mol x 1055 Kcal mol PCI 67789 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑵𝒎𝟑 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑚𝐿 18 𝐶 Massa de água total presente nos fumos Calor latente da água a 18 C Ou mol L 586 KcalKg ou L 1055 kcalmol PCS 743835 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑵𝒎𝟑 Poder Calorífico Inferior PCI EXERCÍCIO Combustível líquido Base de Cálculo 1 Kg 1000 g PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 1 Um óleo diesel apresenta a seguinte composição dada em porcentagem mássica 98 de C16H34 e 2 de C8H18 Para este óleo diesel estimar o PCS kcalkg e o PCI kcalkg Dados Calores de combustão kcalmol para água dos fumos no estado líquido C16H34 2560 C8H18 1309 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C586 kcalkg L18 C1055 kcalmol RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐥í𝐪𝐮𝐢𝐝𝐚 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ቊ98 𝐶16𝐻34 2 𝐶8𝐻18 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis líquidos BC 1 kg 1000 g Quem libera energia COMBUSTÍVEL 98 𝐶16𝐻34 2 𝐶8𝐻18 m 1000 g 1kg Para C8H18 C8H18 𝑚𝐶8𝐻8 𝑚 𝑥 100 2 𝑚𝐶8𝐻8 1000 𝑥 100 𝒎𝑪𝟖𝑯𝟏𝟖 20 g de C8H18 Para 𝐂𝟏𝟔𝐇𝟑𝟒 𝐂𝟏𝟔𝐇𝟑𝟒 𝑚𝐶16𝐻34 𝑚 𝑥 100 98 𝑚𝐶16𝐻34 1000 𝑥 100 𝑚𝐶16𝐻34 980 g de 𝐂𝟏𝟔𝐇𝟑𝟒 em massa w 𝑚1 𝑚 𝑥 100 Para C8H18 n 20 114 n 0175 mol n m M MC8H18 114 gmol Para C16H3𝟒 n 980 226 n 434 mols MC16𝐻34 226 gmol PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Terceiro passo Identificar os componentes combustíveis do combustível e equacionar as reações de combustão Importante 1 Considerar que todo o combustível é consumido na reação 2 Considerar sempre combustão completa a Considerar que todo carbono é oxidado à CO2 b Considerar que todo hidrogênio é oxidado à H2O balancear QUEM REAGE COM O COMBURENTE Componentes combustíveis Hidrocarbonetos H2 e CO liberam energia RESOLUÇÃO GC 100 2 C8H18 𝟐𝟓 𝐎𝟐 𝟏𝟔 𝐂𝐎𝟐 𝟏𝟖 𝐇𝟐𝐎 2 C16H34 𝟒𝟗 𝐎𝟐 𝟑𝟐 𝐂𝐎𝟐 𝟑𝟒 𝐇𝟐𝐎 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO Q C16H34 nC16H34 L C16H34 434 mol 2560 kcal mol Q C16H34 1111040 Kcal Quarto passo Identificar o estado físico da água presente nos fumos informação no enunciado para determinar o tipo de poder calorífico a ser calculado Como a água presente nos fumos se encontra no estado líquido temos que determinar o Poder Calorífico Superior PCS PCS 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL PCS Q C16H34 Q C8H18 Q C8H18 n C8H18 L C8H18 0175 mol 1306 kcal mol Q C8H18 22907 kcal PCS Q C16H34 Q C8H18 PCS 111104 22907 PCS 1133947 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝒌𝒈 COMBUSTÍVEL C16H34 434 mols C8H18 0175 mol Poder Calorífico Superior PCS RESOLUÇÃO 2 C16H34 𝟒𝟗 𝐎𝟐 𝟑𝟐 𝐂𝐎𝟐 𝟑𝟒 𝐇𝟐𝐎 H2O formada 2 C8H18 𝟐𝟓 𝐎𝟐 𝟏𝟔 𝐂𝐎𝟐 𝟏𝟖 𝐇𝟐𝐎 Quinto passo determinar a quantidade de água formada pelas reações PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Para H2O 2 mol C16H34 34 mol H2O 434 mols nH2O nH2O 7378 mols Para H2O 2 mol C8H18 18 mol H2O 0175 mol nH2O nH2O 1575 mols 𝑛 𝑛𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝑛𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑛 7378 1575 𝑛 75355 mols 0 2 C8H18 25 O2 16 CO2 18 H2O 2 C16H34 49 O2 32 CO2 34 H2O COMBUSTÍVEL C16H34 434 mols C8H18 0175 mol Sexto passo Estimar o segundo Poder Calorífico Neste caso Poder Calorífico Inferior PCI 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑛𝐿 18 𝐶 1133947 PCI 75355 mol x 1055 Kcal mol PCI 1054441 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑲𝒈 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑚𝐿 18 𝐶 Massa de água total presente nos fumos Calor latente da água a 18 C Ou mol L 586 KcalKg ou L 1055 kcalmol PCS 1133947 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝒌𝒈 Poder Calorífico Inferior PCI EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 6 Estimar o PCS kcalNm3 e o PCI kcalNm3 de uma mistura gasosa contendo 50 de CH4 50 de C2H6 em volume Dados Calores de combustão kcalmol1 para água resultante no estado vapor C2H6341 CH4192 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C586 kcalkg L18 C1055 kcalmol RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐌𝐆 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 ቊ50 𝐶2𝐻6 50 𝐶𝐻4 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 Quem libera energia PODER CALORÍFICO APLICAÇÃO Toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI Unidades Combustíveis sólidos e líquidos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑘𝑔 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Combustíveis gasosos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑁𝑚3 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑁𝑚3 PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO APLICAÇÃO Toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI Considerando que todo calor gerado pelo combustível seja transferido para a água 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚cΔ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 Vazão Massa ou volume de combustível por hora Poder Calorífico Inferior Qcombustível 𝑃𝐶𝐼 Qcombustível 𝑚 𝑜𝑢 𝑉𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡 𝑥 𝑃𝐶𝐼 L100 C540 kcalkg EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 7 Calcular com base no PC do combustível a quantidade kgh1 de vapor de água saturada a água esta disponível a 20 C que pode ser produzida a 100 C em uma caldeira que utiliza o calor gerado na queima de 5000 Lh1 CNTP de uma mistura gasosa de composição molar igual a 80 de metano e 20 de etano Dados Calor de combustão kcalmol1 considerando a H2O dos fumos no estado vapor CH4192 C2H6341 Calor latente da vaporização da água L18 C 586 kcalkg1 L100 C 540 kcalkg1 Calor específico da água c 1 calg1C1 SOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 ቊ 80 CH4 20 C2H6 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 OBSERVAÇÃO toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 8 Numa caldeira são queimados 10 m3h1 de uma mistura gasosa medidos na CNTP com composição molar igual a 60 de CH4 30 de CO 5 de CO2 e 5 de N2 Determinar a quantidade kgh1 de vapor de água saturado a 100ºC que pode ser gerada nesta caldeira que é alimentada com água préaquecida a 50C Dados Calor de combustão kcalmol1 considerando H2O dos fumos no estado líquido CH4 213 CO 676 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C 586 kcalkg1 L100 C 540 kcalkg1 Calor específico da água c 1 calg1C1 SOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 60 CH4 30 𝐶𝑂 5 CO2 5 N2 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 OBSERVAÇÃO toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 9 Um gerador de vapor produz 7500 kgh1 de vapor saturado a 100C aquecendo e vaporizando água que se encontra inicialmente a 20ºC O combustível gasoso utilizado tem um PCI igual à 9500 kcalNm3 Qual é o consumo de combustível do gerador de vapor Nm3h1 RESOLUÇÃO OBSERVAÇÃO toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Qcombustível QH2O Qcombustível m cΔT mL 100 C Qcombustível m cΔT L 100 C Qcombustível 7500 1 x 10020 540 Qcombustível 465 x 106 kcal Qcombustível PCI Qcombustível m ou Vcombust x PCI 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 Qcombustível m ou Vcombust x PCI 465 x 106 V x 9500 V 4895 𝑵𝒎𝟑 𝒉 EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖çã𝑜 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 10 A empresa Fornos SA especializada em projetos e construções de fornos industriais contratou você como consultor para definir o combustível a ser utilizado no projeto da Companhia Fundição SA Dentre as possibilidades têmse I Combustível gasoso com 80 de CH4 e 20 de CO2 em base molar II Óleo diesel de densidade igual a 900 kgm3 com 75 de C16H34 e 25 de C8H18 em base molar O forno da Fundição SA deve ser projetado para fundir 1500 kgh1 de FeO disponíveis a 20C e com temperatura de fusão de 1380C Os produtos de combustão deixam o forno no estado gasoso Sabendo que o calor específico do FeO é de 0756 kJkg1C1 e que seu calor de fusão é de 450 kJkg1 determine a carga térmica do forno expressa em kJh1 Defina o combustível a ser utilizado baseandose em critérios econômicos e levando em conta que o combustível gasoso tem custo de R 090m3 CNTP enquanto o óleo diesel custa R 140L Dados São fornecidos os calores de combustão kJkmol para água nos fumos no estado vapor dos seguintes componentes CH4 08026106 kJkmol1 C8H18 50742106 kJkmol1 C16H34 99515106 kJkmol1 Nas CNTP a pressão é de 1013 kPa e a constante universal dos gases vale 8314 kPam3kmol1K1 RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 ቊ80 CH4 20 CO2 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 Para combustíveis líquidos BC 1 kg PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO 𝐃𝐢𝐞𝐬𝐞𝐥 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐥í𝐪𝐮𝐢𝐝𝐚 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 ቊ75 𝐶16𝐻34 25 𝐶8𝐻18 EXERCÍCIO Combustível líquido Base de Cálculo 1 Kg 1000 g PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 11 Você foi contratado como engenheiro trainee na área de projetos da empresa FEI SA que atua no desenvolvimento e fabricação de motores para automóveis Uma das primeiras tarefas que você recebeu no novo emprego foi fazer um estudo comparativo entre diferentes combustíveis Existem duas alternativas Álcool hidratado Composição mássica 96 de etanol C2H5OH e 4 de água H2O Calor de combustão kcalmol1 H2O dos fumos no estado líquido C2H5OH 327 Densidade do álcool hidratado 080 gmL1 Calor latente da vaporização da água18C 586 kcalkg1 Gás natural Composição volumétrica 90 de metano CH4 e 10 de etano C2H6 Calor de combustão kcalmol1 H2O dos fumos no estado vapor CH4192 C2H6341 Pedese determinar a O Poder Calorífico Inferior PCI de cada combustível lembrando que poder calorífico de combustíveis gasosos de ver dado em kcalNm³ e o poder calorífico de combustíveis líquidos dever ser em kcalkg1 b Sabese que para percorrer 600 km um automóvel movido a álcool hidratado gastou 667 L deste combustível Para uma mesma autonomia de percurso determine o volume de combustível a ser consumido pelo automóvel supondo utilização do gás natural armazenado a 27ºC e 1 atm Utilize como referência de energia gerada neste percurso o PCI dos combustíveis
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
QCQ 010 Profa Isabella Pacifico Aquino Prof Ivan Carlos Franco PODER CALORÍFICO COMBUSTÃO É uma reação química de oxidação e redução com liberação de energia na forma de calor reação exotérmica ENERGIA QUÍMICA ENERGIA TÉRMICA 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐬𝐭í𝐯𝐞𝐥 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐫𝐞𝐧𝐭𝐞 Energia 𝐟𝐮𝐦𝐨𝐬 𝐜𝐢𝐧𝐳𝐚𝐬 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 Na combustão o combustível sofre a oxidação agente redutor e o comburente sofre a redução agente oxidante EXEMPLOS CH4 2 O2 CO2 2 H2O C O2 CO2 H2 1 2O2 H2O S L e G O2 e AR C H N O S e P CO2 CO H2O N2 O2 SOx Nox RESÍDUOS Ar atmosférico 79 N2 e 21 O2 molar 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐬𝐭í𝐯𝐞𝐥 𝐂𝐨𝐦𝐛𝐮𝐫𝐞𝐧𝐭𝐞 Energia 𝐟𝐮𝐦𝐨𝐬 𝐜𝐢𝐧𝐳𝐚𝐬 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO É a quantidade de calor liberado na queima completa por massa de um combustível sólido ou líquido ou por volume de um combustível gasoso sob certas condições Unidades Combustíveis sólidos e líquidos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑘𝑔 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Combustíveis gasosos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑁𝑚3 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑁𝑚3 Normalmente 18 C sendo os produtos da combustão resfriados até a temperatura inicial 18C da mistura combustível PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO PODER CALORÍFICO SUPERIOR PCS OU PODER CALORÍFICO TEÓRICO Considera a água presente nos fumos estando na fase líquida ou seja considera o calor latente de vaporização da água PODER CALORÍFICO INFERIOR PCI OU PODER CALORÍFICO ÚTIL Considera a água presente nos fumos estando na fase gasosa ou seja desconsidera o calor latente de vaporização da água O valor do PC é dito superior porque se recupera o calor de condensação da água resultante da combustão condensada PCS 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL É medido numa bomba calorimétrica a volume constante Número de mols do combustível Calor de combustão do combustível kcalmol PCI 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL Número de mols do combustível Calor de combustão do combustível kcalmol Calor latente Q mL 18 C PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO PODER CALORÍFICO SUPERIOR PCS OU PODER CALORÍFICO TEÓRICO Considera a água presente nos fumos estando na fase líquida ou seja considera o calor latente de vaporização da água PODER CALORÍFICO INFERIOR PCI OU PODER CALORÍFICO ÚTIL Considera a água presente nos fumos estando na fase gasosa ou seja desconsidera o calor latente de vaporização da água CALOR LIBERADO PELO COMBUSTÍVEL ESTADO FÍSICO DA ÁGUA PRESENTE NOS FUMOS líquido vapor Calor transferido para a água PCS PCI 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑚𝐿 18 𝐶 Diferença entre PCS e PCI é dado pelo calor de vaporização da água Massa de água total presente nos fumos Calor latente da água a 18 C 𝑚 𝑚𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝑚𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 O valor do PC é dito superior porque se recupera o calor de condensação da água resultante da combustão condensada ao retirar absorver todo o calor dos fumos Ou mol L 586 Kcalkg ou L 1055 kcalmol Substância Fórmula 𝐇𝐜 KJmol 𝐇𝐜 Kcalmol Etanol C2H5OH 395 945 octano C8H18 5471 1309 metano CH4 890 213 Propano C3H8 2220 531 Hidrogênio H2 284 68 carbono C 405 97 Monóxido de carbono CO 284 68 PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO ENTALPIA DE COMBUSTÃO Hc OU CALOR DE COMBUSTÃO L Quantidade de energia liberada quando 1 mol de combustível é queimado em condição padrão KJmol Depende do estado físico CO2 gasoso e H2O líquida PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO BASE DE CÁLCULO COMBUSTÍVEL GASOSO 1 m3 1000 L na CNTP COMBUSTÍVEL LÍQUIDO 1 Kg 1000 g Combustível hidrogenado Há formação de H2O PCS PCI Combustível não hidrogenado Não há formação de H2O PCS PCI EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 4 Estimar o PCS kcalNm3 e o PCI kcalNm3 de uma mistura gasosa contendo 20 de C2H6 40 de CH4 10 de CO 20 de N2 e 10 de O2 em volume Dados Calores de combustão kcalmol para água resultante no estado líquido C2H6 373 CH4 213 CO 68 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C586 kcalkg L18 C1055 kcalmol RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐌𝐆 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 20 𝐶2𝐻6 40 𝐶𝐻4 10 𝐶𝑂 20 𝑁2 10 𝑂2 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 Quem libera energia COMBUSTÍVEL 20 𝐶2𝐻6 40 𝐶𝐻4 10 𝐶𝑂 20 𝑁2 10 𝑂2 Na CNTP 1 mol 224 L 1 mol 224 L ntotal 1000 L ntotal 4464 mol molar volum 𝑛 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 𝑉𝑚 𝐶𝑁𝑇𝑃 molar x 𝑛1 𝑛 𝑥 100 Para CH4 CH4 𝑛𝐶𝐻4 𝑛 𝑥 100 40 𝑛𝐶𝐻4 4464 𝑥 100 𝒏𝑪𝑯𝟒 1786 mols de CH4 Para 𝐂𝟐𝐇𝟔 𝐂𝟐𝐇𝟔 𝑛𝐶2𝐻6 𝑛 𝑥 100 20 𝑛𝐶2𝐻6 4464 𝑥 100 𝑛𝐶2𝐻6 893 mols de 𝐂𝟐𝐇𝟔 PV n RT T 0C e P 1 atm V 1m3 1000 L Para CO CO 𝑛𝐶𝑂 𝑛 𝑥 100 10 𝑛𝐶𝑂 4464 𝑥 100 𝒏𝑪𝑶 446 mols de CO PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Terceiro passo Identificar os componentes combustíveis do combustível e equacionar as reações de combustão CH4 2 O2 CO2 2 H2O Importante 1 Considerar que todo o combustível é consumido na reação 2 Considerar sempre combustão completa a Considerar que todo carbono é oxidado à CO2 b Considerar que todo hidrogênio é oxidado à H2O balancear QUEM REAGE COM O COMBURENTE Componentes combustíveis Hidrocarbonetos H2 e CO liberam energia RESOLUÇÃO GC 100 2 C2H6 7 O2 4 CO2 6 H2O 2 CO O2 2 CO2 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO Q C2H6 n C2H6 L C2H6 893 mol 373 kcal mol Q C2H6 333089 Kcal Quarto passo Identificar o estado físico da água presente nos fumos informação no enunciado para determinar o tipo de poder calorífico a ser calculado Como a água presente nos fumos se encontra no estado líquido temos que determinar o Poder Calorífico Superior PCS PCS 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL PCS Q C2H6 Q CH4 Q CO Q CH4 n CH4 L CH4 1786 mol 213 kcal mol Q CH4 380418 kcal Q CO n CO L CO 446 mol 68 kcal mol Q CO 30328 Kcal PCS Q C2H6 Q CH4 Q CO PCS 33309 380418 30328 PCS 743835 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑵𝒎𝟑 COMBUSTÍVEL CH4 1786mols C2H6 893 mols CO 446 mols Poder Calorífico Superior PCS RESOLUÇÃO CH4 2 O2 CO2 2 H2O H2O formada 2 𝐂𝟐𝐇𝟔 𝟕 𝐎𝟐 𝟒 𝐂𝐎𝟐 𝟔 𝐇𝟐𝐎 Quinto passo determinar a quantidade de água formada pelas reações CH4 2 O2 CO2 2 H2O 2 C2H6 7 O2 4 CO2 6 H2O 2 CO O2 2 CO2 COMBUSTÍVEL CH4 1786 mols C2H6 893 mols CO 446 mols PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Para H2O 1 mol CH4 2 mol H2O 1786 mols nH2O nH2O 3572 mols Para H2O 2 mol 𝐂𝟐𝐇𝟔 6 mol H2O 893 mols nH2O nH2O 2679 mols 𝑛 𝑛𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝑛𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑛 2679 3572 𝑛 6251 mols 0 Sexto passo Estimar o segundo Poder Calorífico Neste caso Poder Calorífico Inferior PCI 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑛𝐿 18 𝐶 743835 PCI 6251 mol x 1055 Kcal mol PCI 67789 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑵𝒎𝟑 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑚𝐿 18 𝐶 Massa de água total presente nos fumos Calor latente da água a 18 C Ou mol L 586 KcalKg ou L 1055 kcalmol PCS 743835 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑵𝒎𝟑 Poder Calorífico Inferior PCI EXERCÍCIO Combustível líquido Base de Cálculo 1 Kg 1000 g PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 1 Um óleo diesel apresenta a seguinte composição dada em porcentagem mássica 98 de C16H34 e 2 de C8H18 Para este óleo diesel estimar o PCS kcalkg e o PCI kcalkg Dados Calores de combustão kcalmol para água dos fumos no estado líquido C16H34 2560 C8H18 1309 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C586 kcalkg L18 C1055 kcalmol RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐥í𝐪𝐮𝐢𝐝𝐚 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ቊ98 𝐶16𝐻34 2 𝐶8𝐻18 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis líquidos BC 1 kg 1000 g Quem libera energia COMBUSTÍVEL 98 𝐶16𝐻34 2 𝐶8𝐻18 m 1000 g 1kg Para C8H18 C8H18 𝑚𝐶8𝐻8 𝑚 𝑥 100 2 𝑚𝐶8𝐻8 1000 𝑥 100 𝒎𝑪𝟖𝑯𝟏𝟖 20 g de C8H18 Para 𝐂𝟏𝟔𝐇𝟑𝟒 𝐂𝟏𝟔𝐇𝟑𝟒 𝑚𝐶16𝐻34 𝑚 𝑥 100 98 𝑚𝐶16𝐻34 1000 𝑥 100 𝑚𝐶16𝐻34 980 g de 𝐂𝟏𝟔𝐇𝟑𝟒 em massa w 𝑚1 𝑚 𝑥 100 Para C8H18 n 20 114 n 0175 mol n m M MC8H18 114 gmol Para C16H3𝟒 n 980 226 n 434 mols MC16𝐻34 226 gmol PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Terceiro passo Identificar os componentes combustíveis do combustível e equacionar as reações de combustão Importante 1 Considerar que todo o combustível é consumido na reação 2 Considerar sempre combustão completa a Considerar que todo carbono é oxidado à CO2 b Considerar que todo hidrogênio é oxidado à H2O balancear QUEM REAGE COM O COMBURENTE Componentes combustíveis Hidrocarbonetos H2 e CO liberam energia RESOLUÇÃO GC 100 2 C8H18 𝟐𝟓 𝐎𝟐 𝟏𝟔 𝐂𝐎𝟐 𝟏𝟖 𝐇𝟐𝐎 2 C16H34 𝟒𝟗 𝐎𝟐 𝟑𝟐 𝐂𝐎𝟐 𝟑𝟒 𝐇𝟐𝐎 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO Q C16H34 nC16H34 L C16H34 434 mol 2560 kcal mol Q C16H34 1111040 Kcal Quarto passo Identificar o estado físico da água presente nos fumos informação no enunciado para determinar o tipo de poder calorífico a ser calculado Como a água presente nos fumos se encontra no estado líquido temos que determinar o Poder Calorífico Superior PCS PCS 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 nL PCS Q C16H34 Q C8H18 Q C8H18 n C8H18 L C8H18 0175 mol 1306 kcal mol Q C8H18 22907 kcal PCS Q C16H34 Q C8H18 PCS 111104 22907 PCS 1133947 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝒌𝒈 COMBUSTÍVEL C16H34 434 mols C8H18 0175 mol Poder Calorífico Superior PCS RESOLUÇÃO 2 C16H34 𝟒𝟗 𝐎𝟐 𝟑𝟐 𝐂𝐎𝟐 𝟑𝟒 𝐇𝟐𝐎 H2O formada 2 C8H18 𝟐𝟓 𝐎𝟐 𝟏𝟔 𝐂𝐎𝟐 𝟏𝟖 𝐇𝟐𝐎 Quinto passo determinar a quantidade de água formada pelas reações PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Para H2O 2 mol C16H34 34 mol H2O 434 mols nH2O nH2O 7378 mols Para H2O 2 mol C8H18 18 mol H2O 0175 mol nH2O nH2O 1575 mols 𝑛 𝑛𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝑛𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑛 7378 1575 𝑛 75355 mols 0 2 C8H18 25 O2 16 CO2 18 H2O 2 C16H34 49 O2 32 CO2 34 H2O COMBUSTÍVEL C16H34 434 mols C8H18 0175 mol Sexto passo Estimar o segundo Poder Calorífico Neste caso Poder Calorífico Inferior PCI 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑛𝐿 18 𝐶 1133947 PCI 75355 mol x 1055 Kcal mol PCI 1054441 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑲𝒈 PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO 𝑃𝐶𝑆 𝑃𝐶𝐼 𝑚𝐿 18 𝐶 Massa de água total presente nos fumos Calor latente da água a 18 C Ou mol L 586 KcalKg ou L 1055 kcalmol PCS 1133947 𝑲𝒄𝒂𝒍 𝒌𝒈 Poder Calorífico Inferior PCI EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 6 Estimar o PCS kcalNm3 e o PCI kcalNm3 de uma mistura gasosa contendo 50 de CH4 50 de C2H6 em volume Dados Calores de combustão kcalmol1 para água resultante no estado vapor C2H6341 CH4192 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C586 kcalkg L18 C1055 kcalmol RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐌𝐆 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 ቊ50 𝐶2𝐻6 50 𝐶𝐻4 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 Quem libera energia PODER CALORÍFICO APLICAÇÃO Toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI Unidades Combustíveis sólidos e líquidos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑘𝑔 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Combustíveis gasosos 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑁𝑚3 𝑜𝑢 𝑘𝐽 𝑁𝑚3 PODER CALORÍFICO DEFINIÇÃO APLICAÇÃO Toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI Considerando que todo calor gerado pelo combustível seja transferido para a água 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚cΔ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 Vazão Massa ou volume de combustível por hora Poder Calorífico Inferior Qcombustível 𝑃𝐶𝐼 Qcombustível 𝑚 𝑜𝑢 𝑉𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡 𝑥 𝑃𝐶𝐼 L100 C540 kcalkg EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 7 Calcular com base no PC do combustível a quantidade kgh1 de vapor de água saturada a água esta disponível a 20 C que pode ser produzida a 100 C em uma caldeira que utiliza o calor gerado na queima de 5000 Lh1 CNTP de uma mistura gasosa de composição molar igual a 80 de metano e 20 de etano Dados Calor de combustão kcalmol1 considerando a H2O dos fumos no estado vapor CH4192 C2H6341 Calor latente da vaporização da água L18 C 586 kcalkg1 L100 C 540 kcalkg1 Calor específico da água c 1 calg1C1 SOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 ቊ 80 CH4 20 C2H6 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 OBSERVAÇÃO toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 8 Numa caldeira são queimados 10 m3h1 de uma mistura gasosa medidos na CNTP com composição molar igual a 60 de CH4 30 de CO 5 de CO2 e 5 de N2 Determinar a quantidade kgh1 de vapor de água saturado a 100ºC que pode ser gerada nesta caldeira que é alimentada com água préaquecida a 50C Dados Calor de combustão kcalmol1 considerando H2O dos fumos no estado líquido CH4 213 CO 676 Calor de condensaçãovaporização da água L18 C 586 kcalkg1 L100 C 540 kcalkg1 Calor específico da água c 1 calg1C1 SOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 60 CH4 30 𝐶𝑂 5 CO2 5 N2 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 1000 L CNTP 𝑛𝑀𝐺 𝑉 𝐶𝑁𝑇𝑃 224 Τ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 OBSERVAÇÃO toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 9 Um gerador de vapor produz 7500 kgh1 de vapor saturado a 100C aquecendo e vaporizando água que se encontra inicialmente a 20ºC O combustível gasoso utilizado tem um PCI igual à 9500 kcalNm3 Qual é o consumo de combustível do gerador de vapor Nm3h1 RESOLUÇÃO OBSERVAÇÃO toda aplicação de Poder Calorífico deve ser baseado no poder Calorífico Útil PCI PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO Qcombustível QH2O Qcombustível m cΔT mL 100 C Qcombustível m cΔT L 100 C Qcombustível 7500 1 x 10020 540 Qcombustível 465 x 106 kcal Qcombustível PCI Qcombustível m ou Vcombust x PCI 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝐻2𝑂 Qcombustível m ou Vcombust x PCI 465 x 106 V x 9500 V 4895 𝑵𝒎𝟑 𝒉 EXERCÍCIO Combustível gasoso Base de Cálculo 1 m3 1000 L na CNTP 𝑄𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑄𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖çã𝑜 𝑄𝐻2𝑂 𝑄𝑆 𝑄𝐿 𝑄𝑆 𝑚𝐶𝑝Δ𝑇 𝑄𝐿 𝑚𝐿 100 𝐶 EXERCÍCIO 10 A empresa Fornos SA especializada em projetos e construções de fornos industriais contratou você como consultor para definir o combustível a ser utilizado no projeto da Companhia Fundição SA Dentre as possibilidades têmse I Combustível gasoso com 80 de CH4 e 20 de CO2 em base molar II Óleo diesel de densidade igual a 900 kgm3 com 75 de C16H34 e 25 de C8H18 em base molar O forno da Fundição SA deve ser projetado para fundir 1500 kgh1 de FeO disponíveis a 20C e com temperatura de fusão de 1380C Os produtos de combustão deixam o forno no estado gasoso Sabendo que o calor específico do FeO é de 0756 kJkg1C1 e que seu calor de fusão é de 450 kJkg1 determine a carga térmica do forno expressa em kJh1 Defina o combustível a ser utilizado baseandose em critérios econômicos e levando em conta que o combustível gasoso tem custo de R 090m3 CNTP enquanto o óleo diesel custa R 140L Dados São fornecidos os calores de combustão kJkmol para água nos fumos no estado vapor dos seguintes componentes CH4 08026106 kJkmol1 C8H18 50742106 kJkmol1 C16H34 99515106 kJkmol1 Nas CNTP a pressão é de 1013 kPa e a constante universal dos gases vale 8314 kPam3kmol1K1 RESOLUÇÃO Primeiro passo Identificar a composição do combustível 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐠𝐚𝐬𝐨𝐬𝐚 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 ቊ80 CH4 20 CO2 Segundo passo Base de cálculo depende do estado físico do combustível Para combustíveis gasosos BC 1 Nm3 Para combustíveis líquidos BC 1 kg PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO 𝐃𝐢𝐞𝐬𝐞𝐥 𝐌𝐢𝐬𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐥í𝐪𝐮𝐢𝐝𝐚 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 ቊ75 𝐶16𝐻34 25 𝐶8𝐻18 EXERCÍCIO Combustível líquido Base de Cálculo 1 Kg 1000 g PODER CALORÍFICO EXERCÍCIO EXERCÍCIO 11 Você foi contratado como engenheiro trainee na área de projetos da empresa FEI SA que atua no desenvolvimento e fabricação de motores para automóveis Uma das primeiras tarefas que você recebeu no novo emprego foi fazer um estudo comparativo entre diferentes combustíveis Existem duas alternativas Álcool hidratado Composição mássica 96 de etanol C2H5OH e 4 de água H2O Calor de combustão kcalmol1 H2O dos fumos no estado líquido C2H5OH 327 Densidade do álcool hidratado 080 gmL1 Calor latente da vaporização da água18C 586 kcalkg1 Gás natural Composição volumétrica 90 de metano CH4 e 10 de etano C2H6 Calor de combustão kcalmol1 H2O dos fumos no estado vapor CH4192 C2H6341 Pedese determinar a O Poder Calorífico Inferior PCI de cada combustível lembrando que poder calorífico de combustíveis gasosos de ver dado em kcalNm³ e o poder calorífico de combustíveis líquidos dever ser em kcalkg1 b Sabese que para percorrer 600 km um automóvel movido a álcool hidratado gastou 667 L deste combustível Para uma mesma autonomia de percurso determine o volume de combustível a ser consumido pelo automóvel supondo utilização do gás natural armazenado a 27ºC e 1 atm Utilize como referência de energia gerada neste percurso o PCI dos combustíveis