Um carvão de análise química em base seca, em porcentagem em peso: 79,86 % C; 5,02 % H; 1,18% S; 1,86% N; 4,27% O; 7,81 % cinzas, e contendo 3% de umidade, é queimado com 125 % do ar necessário estequiométricamente. Determinar a temperatura máxima que poderia ser atingida pelos produtos de combustão (temperatura teórica de chama) estando o ar e o carvão inicialmente a
.
Passo 1
Vamos achar a temperatura adiabática de chama (
) para a combustão do carvão. O enunciado dá a análise em base seca e a umidade, pede temperatura máxima dos gases, supondo reação adiabática e sem dissociação. Para isso precisamos
- Escolher uma base (kg de combustível)
- Calcular quantidades de C, H, S, O, água e cinzas
- Determinar o ar estequiométrico e o excesso de 25 %
- Escrever a composição dos produtos em mols
- Calcular o calor de combustão a partir das entalpias padrão de formação
- Calcular o calor sensível dos produtos e igualar ao calor liberado para achar
Passo 2
Base: 1 kg de carvão “úmido”.
– Umidade: 3 %, logo água inicial kg.
– Carvão seco kg, com composição em massa (seca):
• C %
kg →
mol
• H %
kg → átomos H
mol →
mol
• S %
kg →
mol
• O (no combustível) %
kg → O atômico
mol
• N (inerte) %
kg → átomos N
mol →
mol
• Cinzas %
kg (sólido, cp desprezado)
– Umidade: 3 %, logo água inicial
– Carvão seco
• C
• H
• S
• O (no combustível)
• N (inerte)
• Cinzas
Passo 3
Estequiometria de
para combustão completa:
Ar é 21 %
em mol, logo ar
/
mol. Com 125 % de ar:
Passo 4
Produtos (todos a vapor para T>
):
– C : 64,55 mol
– O (da reação): 24,345 mol
– O (umidade inicial, convertida em vapor): 1,667 mol (30 g/18)
– S : 0,3577 mol
– em excesso: 94,74–
mol
– total
(ar)
(fuel)
mol
– C
–
–
– S
–
–
Passo 5
Calor de combustão (entalpias padrão de formação, produtos – reagentes):
Tomamos
kJ de disponibilidade para aquecer os produtos.
Passo 6
Aproximamos
médios constantes:
,
,
,
,
(J mo
¹
¹).
Somatório:
Somatório:
Em kJ/K:
kJ/K. Então o balanço adiabático dá
Usando
médios mas considerando variação com T (tabelas termodinâmicas), obtém-se cerca de
K de elevação, isto é,
Resposta
A temperatura teórica máxima dos gases de combustão é, aproximadamente,