Avaliação Prática de Termodinâmica - Análise de Biorreator para Produção de Metano

Aluno a Data Termodinâmica Avaliação Pratica INSTRUÇÕES Esta Avaliação contém 1 uma questão totalizando 10 dez pontos Baixe o arquivo disponível com a Atividade Pratica Você deve preencher dos dados no Cabeçalho para sua identificação o Nome Data de entrega As respostas devem ser digitadas abaixo de cada pergunta Ao terminar grave o arquivo com o nome Atividade Prática o Quando solicitado Envio o arquivo pelo sistema no local indicado Em caso de dúvidas consulte o seu Tutor Os gases são substâncias fundamentais para a propagação da vida na atmosfera terrestre Na indústria as propriedades dos gases são exploradas em termos termodinâmicos e em reações químicas Uma reação química muito explorada é a produção de metano gasoso CH4 a partir da matéria orgânica em tanques conhecidos como biorreatores nestes o controle da pressão é fundamental para o rendimento da reação e para projetar as dimensões do reator de forma segura O metano pode ser utilizado como fonte alternativa de energia em usinas termoelétricas A produção de metano ocorre em aterros sanitários onde o lixo é processado gerando o gás que é canalizado até as usinas O desenvolvimento e melhoramento desta tecnologia é fundamental pois além de ser uma fonte renovável de energia contribui para a redução dos lixões nos centros urbanos Suponha que você é o engenheiro industrial responsável por projetar um biorreator para a produção de metano O material de construção do biorreator apresenta uma pressão admissível de 2 atm a biorreação produz 80 de metano gasoso e 20 de gás carbônico CO2 A temperatura de operação é de 577 K e os volumes específicos do CH4 e CO2 são 14795 dm3kg e 547 dm3kg respectivamente Diante deste contexto você foi desafiado a analisar a integridade física do biorreator quanto às seguintes questões a Considerando que os gases comportamse como ideais encontrar a pressão no interior do biorreator b Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de correção de BeattieBridgeman c Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de correção de BenedictWebbRubin d Analise se o biorreator suportará a pressão dos gases e a consequência da escolha dos métodos de cálculo Os gases são substâncias fundamentais para a propagação da vida na atmosfera terrestre Na indústria as propriedades dos gases são exploradas em termos termodinâmicos e em reações químicas Uma reação química muito explorada é a produção de metano gasoso CH4 a partir da matéria orgânica em tanques conhecidos como biorreatores nestes o controle da pressão é fundamental para o rendimento da reação e para projetar as dimensões do reator de forma segura O metano pode ser utilizado como fonte alternativa de energia em usinas termoelétricas A produção de metano ocorre em aterros sanitários onde o lixo é processado gerando o gás que é canalizado até as usinas O desenvolvimento e melhoramento desta tecnologia é fundamental pois além de ser uma fonte renovável de energia contribui para a redução dos lixões nos centros urbanos Suponha que você é o engenheiro industrial responsável por projetar um biorreator para a produção de metano O material de construção do biorreator apresenta uma pressão admissível de 2 atm a biorreação produz 80 de metano gasoso e 20 de gás carbônico CO2 A temperatura de operação é de 577 K e os volumes específicos do CH4 e CO2 são 14795 dm3kg e 547 dm3kg respectivamente Padm 2 atm Tope 577 K vCH4 14795 dm3kg3 vCO2 547 dm3kg3 xCH4 08 xCO2 02 Constante dos gases retirados da tabela ao lado RCH4 05182 kJkgK RCO2 01889 kJkgK a Considerando que os gases comportamse como ideais encontrar a pressão no interior do biorreator P RTV Pa RCH4 vCH4xCH4 RCO2 vCO2xCO2 Tope 20153 kPa b Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de correção de BeattieBridgeman P Ru T v2 1 c v T3 v B A v2 A A0 1 av and B B0 1 bv TABLE 34 Constants that appear in the BeattieBridgeman and the BenedictWebbRubin equations of state a When P is in kPa v is in m³kmol T is in K and Ru 8314 kPam³kmolK the five constants in the BeattieBridgeman equation are as follows Gas A0 a B0 b c Air 1318441 001931 004611 0001101 434 104 Argon Ar 1307802 002328 003931 00 599 104 Carbon dioxide CO2 5072836 007132 010476 007235 660 105 Helium He 21886 005984 001400 00 40 Hydrogen H2 200117 000506 002096 004359 504 Nitrogen N2 1362315 002617 005046 000691 420 104 Oxygen O2 1510857 002562 004624 0004208 480 104 Source Gordon J Van Wylen and Richard E Sonntag Fundamentals of Classical Thermodynamics EnglishSI Version 3rd ed New York John Wiley Sons 1986 p 46 table 33 b When P is in kPa v is in m³kmol T is in K and Ru 8314 kPam³kmolK the eight constants in the BenedictWebbRubin equation are as follows Gas a A0 b B0 c C0 α γ nButane 19068 10216 0039998 012436 3205107 1006108 1101103 00340 C4H10 Carbon dioxide CO2 1386 27730 0007210 004991 1511106 1404107 8470105 000539 Carbon monoxide CO 371 13587 0002632 005454 1054105 8673105 1350104 00060 Methane CH4 500 18791 0003380 004260 2578105 2286106 1244104 00060 Nitrogen N2 254 10673 0002328 004074 7379104 8164105 1272104 00053 Source Kenneth Wark Thermodynamics 4th ed New York McGrawHill 1983 p 815 table A21M Originally published in H W Cooper and J C Goldfrank Hydrocarbon Processing 46 no 12 1967 p 141 Propriedades retiradas da tabela em anexo BeattieBridgeman ACO2 5072836 BCO2 010476 cCO2 660105 aCO2 007132 bCO2 007235 BenedictWebbRubin AWCO2 27730 BWCO2 004991 CWCO2 1404107 αCO2 8470105 aWCO2 1386 bWCO2 0007210 CWCO2 1511106 γCO2 000539 AWOCH4 18791 BWOCH4 004260 CWOCH4 2286106 αCH4 1244104 aWCH4 5 bWCH4 0003380 CWCH4 2578105 γCH4 00060 Ru 8314 kPa m3kmol K T 577 K Numero de Mol dos Gases CO2 44011 kgkmol CH4 16043 kgkmol Volumes especificos do Problema vCH4 14795 m3kg vCO2 0547 m3kg Volume Molar vMCH4 CH4 vCH4 237356 m3kmol vMCO2 CO2 vCO2 24074 m3kmol ACH4 AWOCH4 1 awCH4 vMCH4 148326 BCH4 BWOCH4 1 bwCH4 vMCH4 00426 ACO2 ACO2 1 aCO2 vMCO2 5057808 BCO2 BCO2 1 bCO2 vMCO2 01044 PbCH4 Ru T 2 vMCH4 1 CWCH4 vMCH4 T3 vMCH4 BCH4 ACH4 vMCH4 19621 kPa PbCO2 Ru T 2 vMCO2 1 cCO2 vMCO2 T3 vMCO2 BCO2 ACO2 vMCO2 17909 kPa Pb PbCH4 xCH4 PbCO2 xCO2 19279 kPa c Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de correção de BenedictWebbRubin P Ru T v B0 Ru T A0 C0 T2 1v2 b Ru T a v3 a α v6 c v3 T2 1 γ v2 eγ v2 PCH4 Ru T vMCH4 BWOCH4 Ru T AWOCH4 CWCH4 T2 1 vMCH42 bwCH4 Ru T aWCH4 vMCH43 aWCH4 αCH4 vMCH46 CWCH4 vMCH43 T2 1 γCH4 vMCH42 eγCH4 vMCH42 PCCH4 20213 kPa PCCO2 Ru T vMCO2 BWCO2 Ru T AWCO2 CWCO2 T2 1 vMCH42 bwCO2 Ru T aWCO2 vMCO23 aWCO2 αCO2 vMCO26 CWCO2 vMCO23 T2 1 γCO2 vMCO22 eγCO2 vMCO22 PCCO2 19913 kPa Pc PCCH4 xCH4 PCCO2 xCO2 20153 kPa 2 jun 2022 102501 CLogsTermo2pdf d Analise se o biorreator suportará a pressão dos gases e a consequência da escolha dos métodos de cálculo Pressão interna do borrifador Pborri 20265 kPa Gas Ideal Pgas 201529 kPa Egas Pgas Pborri Pborri 055 Beattie Bridgeman Pb 19279 kPa EBB Pb Pborri Pborri 487 Benedict Webb Rubin Pc 20153 kPa EBWR Pc Pborri Pborri 055 Com o calculo referente so 3 erros dos calcıulos apresentados a exatidão da equação do gas ideal e de Benedict Webb Rubin são os mais adequado para a analizar o Biorreator com isto ficase evidente que não irá suportar a pressão interna dos gases