Exercícios Resolvidos Maquinas Termicas II Combustão Completa Gases Naturais

Máquinas Térmicas II Atividade Sábado Letivo 2 Os seguintes exercícios deverão ser desenvolvidos e postados em formato PDF no local específico para essa tarefa dentro do prazo indicado 1 Determinar o volume dos produtos da combustão completa na saída do forno bem como os volumes de ar teórico e real necessário para queimar 1 m³ de gás natural com excesso de ar igual a 125 e composição conforme abaixo CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 N2 0002 0982 0004 0001 0001 001 2 Determinar os volumes de ar teórico e ar real necessário e o volume dos produtos da combustão de uma mistura de 2000 m³h de gás natural A com 1000 m³h de gás natural B cuja composições são mostradas abaixo Considere excesso de ar de 14 para o gás A e 13 para o gás B CO2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2 Gás A 0005 0928 0028 0009 0004 0001 0025 Gás B 0001 0897 0052 0017 0005 0001 0027 3 Uma caldeira a óleo apresenta 13 de CO2 na base da chaminé Pedese a O coeficiente de excesso de ar b O balanço de massa da fornalha a massa de ar a vazão mássica de ar e a massa de gás se o consumo de óleo for 1000 kgh Composição química do óleo combustível c 83 h 10 s 6 e outros 1 1 Número de mols de combustível contido em 1m³ de gás natural gás ideal em condições ambientes 100 kPa 25ºC PV NRT R 8314 kJKmolK N PVRT N 00403 kmol Gás A partir da composição molar CO2 0002 0000081 kmol CH4 0982 00396 kmol C2H6 0004 000016 kmol C3H8 0001 0000040 kmol C4H10 0001 0000040 kmol N2 001 0000404 kmol Reagentes combustível 00396 CH4 16104 C2H6 404105 C3H8 404105 C4H10 404104 N2 81105 CO2 Nos hidrocarbonetos CH4 C2H6 C3H8 e C4H10 OBS Apenas hidrocarbonetos participam da combustão N2 e CO2 inertes C Ny Cy 004024 kmol C H Ny Hy 02402 kmol H Os hidrocarbonetos serão convertidos em CO2 e H2O 004024 CO2 01201 H2O A combustão requer 2 x 004024 01201 kmol de O 0200 kmol O ou 01 kmol O2 Na condição estequiométrica o número de mols de ar é 01 O2 376 N2 01 O2 0376 N2 N total 0476 kmol de ar Var NRTP var 1183 m³ P 100 kPa T 25º C Na condição 25 ar excesso Var 1183 x 125 1478 m³ 2 Gás A P 100 kPa T 25ºC 298 K Condição padrão V 2000 m³h 0555 m³s R 8314 kJKmolK Vazão molar Ṅ PV ṄRT Ṅ 10005558314298 002242 kmols frações molares γ Ṅy Ṅγ CO2 0005 112104 kmols CH4 0928 208102 kmols C2H6 0028 628104 kmols C3H8 0009 202104 kmols C4H10 0004 897105 kmols C5H12 0001 224105 kmols N2 0025 563104 kmols Considerando apenas os hidrocarbonetos Reagentes nãoinertes as vazões molares para os átomos de C e H são Ṅc Ny Cy 00231 kmols C ṄH Ny Hy 01354 kmols H Os átomos de C e H provenientes dos Hidro carbonetos são rearranjados como CO2 e H2O 00231 CO2 00677 H2O 00231 24 00677 No 0114 kmols O ou NO2 00570 kmols O2 Na condição estequiométrica NAR 0057 O2 376 N2 NAR 02713 kmols AR VAR NRT P T 298 K P 100 kPa VAR 672 m3s AR Com 30 AR excesso VAR 874 m3s AR Produtos estequiométrico 00231 112104 CO2 00677 H2O 02143 561104 N2 NoTAL 0305 kmols VProduto 0305 8314 298 100 756 m3s Produtos com AR EXCESSO 00231 112104 CO2 00677 H2O 02143 17 561 104 N2 00228 O2 NoTOTAL 0393 kmols Vprodutos Ntotal RT P 1094 m3s Gas B Vazão molar N P 100 kPa T 298 K R 8314 kJkmol K V 1000 m3h 0278 m3s N RT P 00112 kmols frações molares e vazão molar dos constituintes Y NoY No Y CO2 0001 112105 kmols CH4 0897 101102 kmols C2H6 0052 583104 kmols C3H8 0017 191104 kmols C4H10 005 561105 kmols C5H12 0001 112105 kmols N2 0027 303104 kmols Considerando apenas as hidrocarbonetos Reagentes não veretos as vazões molares dos átomos de C e O são Nc Σ Ny Cy 00121 kmols C NH Σ Ny Hy 00695 kmols H Os átomos de C e H provenientes dos hidrocarbonetos serão rearranjados como CO2 e H2O 00123 CO2 00348 H2O Ṅ0 001232 00348 00589 kmols O ou Ṅ02 00295 kmols O2 Na condição estequiométrica ṄAR 00295 O2 376N2 01402 kmols AR ṼAR ṄAR RTP 347 m³s AR Com 13 AR excesso ṼAR 34313 452 m³s AR Produtos estequiométrico 00123 11210⁵ CO2 00348 H2C 30310⁴ 011 N2 ṄTOTAL 0158 kmols Ṽ ṄRTP 391 m³s Produtos com AR excesso 00123 11210⁵ CO2 00348 H2O 30310⁴ 0144 N2 00088 O2 ṄTOTAL 0200 kmols Ṽ ṄRTP 558 m³s Q3 yCO2 013 ṁóleo 1000 kgh 0277 kgs Considerando xC 083 ṁC 0231 kgs xH 010 ṁH 0028 kgs xS 006 ṁS 0017 kgs Obs Composição do óleo assumida como fração mássica MM mm mol A vazão molar será então Ṅ ṁMM onde MM é a massa molar do combustível ṄC 023132 001921 kmols ṄH 00281 002778 kmols ṄS 001732 000052 kmols Reação estequiométrica 001921C 002778H 000052S a O2 376N2 001921 CO2 0027782 H2O 0000523 SO2 376 a N2 Balanceando para oxigênio O 2a 2001921 001389 2000052 5 a 00267 O ṄO2 00267 kmols ṄN2 ṄO2 376 01003 kmols Obs assumese a reação do enxofre com oxigênio molecular formando SO2 Reação estequiometrica 001921 C 002778 H 0000525 00267 O2 376 N2 001921 CO2 001389 H2O 0000525 SO2 01003 N2 yCO2 001921 001921 001389 0000525 01003 yCO2 0143 Na condição real yCO2 013 O número de mols de CO2 é invariante quanto ao AR de excesso yCO2 001921 NP NP 014779 kmols Produtos 001921 CO2 001389 H2O 0000525 SO2 K100267 O2 K00267 376 N2 Onde K é o AR excesso NP 001921 001389 0000525 K1 00267 K00267 376 014779 00267 K 01003 K K 1319