13.48 Metano a
e vazão volumétrica de
entra em uma fornalha operando sob regime permanente. O metano queima completamente com
de ar teórico entrando a
. Os produtos da combustão são exauridos a
e 1 atm . Determine:
(a) a vazão volumétrica de ar,
.
(b) a taxa de transferência de calor da fornalha, em
.
(a) a vazão volumétrica de ar,
(b) a taxa de transferência de calor da fornalha, em
Passo 1
O enunciado diz que metano entra a
(
) e
com vazão volumétrica de
. Ele queima completamente com
de ar teórico, sendo o ar admitido a
(
) e
. Os produtos saem a
(
) e
. Precisamos calcular
(a) a vazão volumétrica de ar na admissão em ,
(b) a taxa de transferência de calor da fornalha em .
(a) a vazão volumétrica de ar na admissão em
(b) a taxa de transferência de calor da fornalha em
Passo 2
Primeiro montamos a estequiometria ideal da combustão do metano:
Como o ar é
de
em mol, o ar teórico por mol de
é
Com
de ar teórico, o ar real por mol de
é
Em seguida, a vazão molar de
é
Logo a vazão molar de ar é
A vazão volumétrica de ar, nas condições de
e
, é
Passo 3
Agora fazemos o balanço de energia (regime permanente, sem trabalho e sem variação cinética/potencial):
Escolhemos como referência
, e usamos entalpias de formação padrão
,
,
,
,
e cp médios constantes (J/mo ):
,
,
,
,
.
Por mol de temos nos reagentes
mol de
e
mol de ar (que contém
mol de
e
mol de
), todos a
ou
no caso do ar. Nos produtos temos
mol de
,
mol de
,
mol de
e
mol de
, todos a
.
e cp médios constantes (J/mo
Por mol de
Passo 4
Calculamos entalpias em kJ/mol:
Reagentes
Reagentes
Produtos
Assim
Multiplicando pela vazão molar de metano:
Resposta
(a)
(b) (taxa de calor liberado).
(b)