Termodinâmica-Aplicada-Balanço-de-Massa-e-Estequiometria-de-Sistemas-Reacionais

AULA 8 TERMODINÂMICA APLICADA BALANÇO DE MASSA DE SISTEMAS REACIONAIS ESTEQUIOMETRIA Curso de Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia2025 Profa Valéria C Rodrigues Sarnighausen SUMÁRIO 1 Sistemas reacionais síntese 2 Combustíveis e combustão 3 Reação química da combustão Conservação de massa Estequiometria de combustão 4 Exercícios 1 SISTEMAS REACIONAIS Sistemas não reacionais energia sensível mudanças de temperatura e pressão e latente mudança de fase Reações químicas energia interna química ou potencial químico destruição e criação de ligações Reação química mais geral combustão 2 COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO Todo material que sofre queima e libera energia é chamado de combustível e apresenta em sua constituição C e H são os hidrocarbonetos CnHm Oxidante mais utilizado ar composição 21 de O2 e 79 de N2 Exemplo combustão octano gasolina fórmula básica xC8H18 yO2376N2 zCO2kH2OwN2 Temperatura de ignição 260C gasolina 400C carbono 580C hidrogênio 610C monóxido de carbono 630C metano FIGURA 151 A maioria dos combustíveis líquidos de hidrocarbonetos é obtida do petróleo bruto por destilação TABELA 151 Uma comparação entre alguns combustíveis alternativos e os combustíveis tradicionais derivados de petróleo utilizados em transportes Combustível Conteúdo de energia kJL Equivalência da gasolina LLgasolina Gasolina 31850 1 Diesel leve 33170 096 Diesel pesado 35800 089 GLP gás liquefeito de petróleo prin cipalmente propano 23410 136 Etanol ou álcool etílico 29420 108 Metanol ou álcool metílico 18210 175 GNC gás natural comprimido princi palmente metano a 200 atm 8080 394 GNL gás natural liquefeito principal mente metano 20490 155 Quantidade de combustível cujo conteúdo de energia é igual ao conteúdo de energia de 1 L de gasolina 3 REAÇÃO QUÍMICA DA COMBUSTÃO FIGURA 154 Em um processo de combustão em regime permanente os componentes que entram na câmara de reação são chamados de reagentes e os que saem são chamados de produtos EXEMPLO 151 Balanço de uma equação de combustão Um kmol de octano C8H18 é queimado com ar que contém 20 kmol de O2 como mostra a Fig 157 Admitindo que os produtos contenham apenas CO2 H2O O2 e N2 determine o número de mols de cada gás dos produtos e a razão arcombustível desse processo de combustão RAZÃO ARCOMBUSTÍVEL AC massa de ar massa de combustível exemplo página 771 Çengel As combustões podem ser completas ou incompletas Causas da incompleta Insuficiência de oxigênio Excesso de oxigênio Altas temperaturas acima da temperatura de combustão e dissociação da água e do nitrogênio que deixam de ser inertes reagindo e produzindo moléculas não interessantes ao processo Exercício 1 Processos de Combustão teóricos e reais CH4 O2 376 N2 CO2 H2O N2 O processo teórico prevê 100 de combustão ou seja todo o carbono será consumido e não haverá excesso de ar Combustão incompleta excessos de C H2 CO OH ou O2 Deficiência de ar 100 Excesso de ar 100 Qual é o balanço e relação AC E se tivermos apenas ½ mol de CO2 Ar úmido presença de vapor de água Lei da Dalton A pressão parcial do ar é a soma das pressões parciais que o compõe Patm Par Pvapor Umidade relativa 𝝓 por definição relação entre a quantidade de vapor presente no ar e a quantidade de vapor que poderia ter naquela temperatura da medida Ou mesmo relações entre as pressões de vapor e de saturação Exemplo Qual é a pressão de vapor nessas condições e qual seu significado Combustão completa do metano com ar a 80 de umidade relativa Dados Patm 101325 kPa T 20C Psat 20C 23392 kPa Tabela 4A 1 Consideramos a umidade relativa do ar para identificação da pressão de vapor de água que vai participar do processo de combustão 2 Essa quantidade entra e sai na mesma quantidade do processo 3 O número de mols deve ser calculado considerando que o ar atmosférico é tido como um gás ideal 4 O número total de mols da reação química é tido como número de mols de vapor número de mols do ar 5 Em um segundo momento para calcular a pressão de vapor de produtos considerar número de mols total de produtos EXEMPLO 153 Combustão de um combustível gasoso com ar úmido Um determinado gás natural tem a seguinte análise volumétrica 72 de CH4 9 de H2 14 de N2 2 de O2 e 3 de CO2 Esse gás é queimado com a quantidade estequiométrica de ar que entra na câmara de combustão a 20 C 1 atm e 80 de umidade relativa como mostra a Fig 1512 Considerando a combustão completa e uma pressão total de 1 atm determine a temperatura do ponto de orvalho dos produtos A pressão de saturação da água a 20 C é de 23392 kPa Tab A4 Exercício Combustão de 1 kmol de diesel e AC 20 de umidade relativa adotar T ambiente de 20C Adotar 20 kmols de ar seco 1 Balanço de massa estequiometria 2 Cálculo de pressão de vapor 3 Determinação do número de mols de vapor de água no ar 4 Reação química completa 5 Cálculo de pressão de vapor da água dos produtos 6 Busca pelo valor de temperatura do ponto de orvalho Questões do livro Capítulo 15 DE 151 a 157 DE 159 a 1514 1516 1519 1520 1522 ORIENTAÇÕES LEITURA DO CAPÍTULO 15 DO LIVRO TEXTO