Calcule o poder calorífico inferior em
de um gás combustível de composição volumétrica:
. Admita que o gás é ideal.
Table 1: Dados:\captionsetup{labelformat=empty}
Reação
cal
Table 1: Dados:
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| Reação |
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Passo 1
O que o problema pede e os dados fornecidos (peguei estes números da tabela do enunciado):
- Pede: calcular o poder calorífico inferior (LHV) em
de um gás combustível com a composição volumétrica dada, assumindo gás ideal. - Composição volumétrica (volume percentual):
-
- Entalpias de reação fornecidas na tabela (peguei estes valores da tabela):
-
- Entalpia de vaporização (peguei deste dado):
-
Observação importante: as entalpias de reação fornecidas correspondem à formação de água líquida (produto na forma condensada). O poder calorífico inferior (LHV) exclui a energia liberada na condensação da água (ou seja, considera a água nos produtos como vapor). Portanto teremos que corrigir as entalpias fornecidas subtraindo a energia de vaporização da água formada.
Passo 2
Estratégia de resolução (o que vou calcular e por quê):
- Primeiro vou determinar o calor liberado por mol de cada combustível quando a água permanece em vapor (isto é, o LHV molar). Para isso uso:
- O calor liberado quando a água é formada líquida (HHV em magnitude) é
(positivo). - O LHV molar será esse
menos a energia necessária para manter a água em vapor, que é , onde é o número de mols de água formados por mol de combustível.
- O calor liberado quando a água é formada líquida (HHV em magnitude) é
- Fórmulas que vou usar:
onde:
-
é a energia liberada por mol do componente se a água condensasse (kcal/mol), -
é o valor negativo fornecido na tabela (kcal/mol), -
é o número de mols de formado por mol do componente , -
. - Depois de obter
(kcal/mol) para cada componente que queima ( ), vou converter a composição volumétrica em mols por (usando o volume molar de um gás ideal em condições normais) e multiplicar pelo LHV molar para obter a contribuição em . Somo as contribuições dos componentes combustíveis. não contribui para calor.
Passo 3
Cálculo do LHV molar de cada componente (aplico as fórmulas acima e explico cada passo):
-
Para
: - A reação não forma água, logo
. -
. -
- A reação não forma água, logo
-
Para
: - A reação forma 1 mol de água,
. -
-
- A reação forma 1 mol de água,
-
Para
: - A reação forma 2 mols de água,
. -
-
- A reação forma 2 mols de água,
Resumo (energia liberada por mol, LHV molar, em
):
Passo 4
Converter composição volumétrica para mols por
(explico o motivo):
- Para gás ideal, porcentagem volumétrica = fração molar. Em condições normais (0^\circ C e 1 atm) o volume molar é aproximadamente
(peguei o valor padrão). -
. O número de mols em é: (Arredondei a mais para manter precisão; isto significa que em temos mol de mistura gasosa ideal.)
Passo 5
Mols de cada componente por
:
-
-
-
-
(não queima, não usada no balanço de calor).
Passo 6
Calcular a contribuição de calor de cada componente (multiplico mols por
):
-
Contribuição de
: -
Contribuição de
: -
Contribuição de
:
(Deixei os cálculos explícitos para que você possa replicar na prova; arredondei apenas no final.)
Passo 7
Somar as contribuições para obter o LHV total por
:
Arredondando razoavelmente (duas casas decimais) obtemos
.