Em uma caldeira, a água entra a
e 40 bar e sai vapor superaquecido a
. A carga térmica necessária para realizar esta geração de vapor vem da combustão completa do metano que entra no queimador a
com
de ar em excesso entrando a
. Os gases gerados na queima são enviados para uma corrente de tratamento. A entalpia de vaporização da água a 40 bar é igual a
. A temperatura de ebulição da água a 40 bar é
. As propriedades físico-químicas dos compostos são apresentadas na Tabela 1. Sendo a queima com conversão total do metano realizada a
,
a) qual a razão entre a vazão molar de vapor gerado para o processo e a vazão molar de metano consumido?
b) quantos kilogramas de
são emitidos nesta caldeira por kilograma de vapor superaquecido gerado a 700
? A massa molar do
é
e a massa molar da água é
.
a) qual a razão entre a vazão molar de vapor gerado para o processo e a vazão molar de metano consumido?
b) quantos kilogramas de
Composto | Estado |
|
|
---|---|---|---|
água | vapor | 38,3 | -241,83 |
líquido | 75,3 | -285,80 | |
dióxido de carbono | gás | 51,2 | -393,51 |
metano | gás | 79,0 | -74,87 |
nitrogênio | gás | 29,1 | 0 |
oxigênio | gás | 29,1 | 0 |
Passo 1
O enunciado pede a razão molar entre o vapor de água gerado (saindo como vapor superaquecido a
e
bar) e o metano consumido na combustão completa (realizada a
com
de ar em excesso). Isso envolve um balanço de energia:
- Calcular a entalpia necessária por mol de água, subindo de
(líquido) até (vapor) a bar. - Calcular a entalpia liberada por mol de
na combustão com ar em excesso. - Equacionar a razão entre essas entalpias para obter a vazão molar de vapor por vazão molar de metano.
- A partir da estequiometria, determinar a emissão de
por kg de vapor.
Passo 2
Entalpia absorvida por mol de água (
) dividida em três termos:
- Aquecimento do líquido de
a (ponto de ebulição a bar):
- Vaporização a
:
- Superaquecimento do vapor de
a :
Somando,
Passo 3
Entalpia de combustão do metano (
) com
de excesso de ar:
Estequiometria real:
Estequiometria real:
Usando entalpias de formação a
e calor sensível
até
:
- Reagentes:
- Produtos:
Somando produtos:
Logo,
O sinal negativo indica liberação de
por mol de
.
Passo 4
Razão molar vapor/
:
Passo 5
Emissão de
por kg de vapor:
- A cada mol de
gera-se 1 mol de e mol de vapor. - Moles de
por mol de vapor: . - Massa de
por massa de vapor:
Resposta
a)
mol de vapor / mol de
.
b) de
por kg de vapor superaquecido.
b)