Certo carvão apresenta a seguinte composição percentual em peso:
Umidade
cinzas
68
4,2
8,5
1,3
2,0
-
16
(0,3 ponto) Estime o poder calorífico superior e o poder calorífico inferior desse combustível em kcal por kg.
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| 68 | 4,2 | 8,5 | 1,3 | 2,0 | - | 16 |
Passo 1
O enunciado pede: estimar o poder calorífico superior (PCS) e o poder calorífico inferior (PCI) do carvão, em
.
As composições fornecidas (peguei os números da tabela do enunciado) são:
-
-
-
-
-
-
Umidade = (não fornecida) -
Cinzas =
Vou usar esses dados sem pedir nada mais (assumirei que a umidade não foi informada, ou seja, é négligeável/dry basis).
Passo 2
O que são PCS e PCI (explicação curta e prática):
- PCS (poder calorífico superior, também chamado de HHV) é a energia liberada pela combustão quando o vapor de água formado condensa completamente — inclui o calor latente de vaporização da água formada.
- PCI (poder calorífico inferior, também chamado de LHV) é a energia liberada quando o vapor de água permanece gasoso — não inclui o calor latente de condensação da água formada.
Na prática:
, onde
é o calor latente da água (em
).
Passo 3
Vou usar a fórmula empírica de Dulong para estimar o PCS. Essa fórmula soma as contribuições pela combustão de carbono, hidrogênio (corrigido pela presença de oxigênio na própria amostra) e enxofre:
onde
,
,
e
são frações em massa (por exemplo,
vira
).
Breve comentário didático: o termo corrige o hidrogênio disponível para formar água porque parte do hidrogênio já pode estar “compensado” pelo oxigênio presente no combustível (ex.: se há muito oxigênio no combustível, menos oxigênio externo é preciso para oxidar o hidrogênio).
Breve comentário didático: o termo
Passo 4
Converto as porcentagens para frações (sempre importante para aplicar a fórmula):
Passo 5
Calculo cada termo da fórmula de Dulong (vou mostrar contas passo a passo):
- Termo do carbono:
- Termo do hidrogênio (corrigido pelo oxigênio):
- Termo do enxofre:
Passo 6
Somando os termos para obter o PCS (HHV):
Arredondando de forma prática para a prova:
Passo 7
Agora passo para o PCI (LHV). Regra prática e usada com frequência:
onde:
-
é o calor latente da vaporização da água (adoto , que corresponde a cerca de , valor comumente usado em cálculos de combustíveis), -
é a massa de água formada por oxidação do hidrogênio presente no combustível (explicação: 1 massa de H gera 9 massas de água, porque na água a razão é g H2O / g H = 9), -
é a umidade inicial em fração de massa (no enunciado a umidade não foi dada, então tomo — isto é, combustível “seco”).
Passo 8
Calculo a massa de água formada por kg de combustível (assumindo
):
Passo 9
Calculo o termo de correção (energia perdida por não condensar a água):
Passo 10
Finalmente, o PCI:
Arredondando para uso prático na prova:
Passo 11
Resumo rápido e incentivo: pronto — temos uma estimativa razoável usando fórmula padrão (Dulong) e a correção do vapor de água. Se a prova pedir mais casas decimais ou assumir uma umidade diferente, basta refazer o passo 8 com o novo
. Vai dar certo — concentre-se nos passos e nas fórmulas que usei, porque elas são as que costumam cair!
Resposta
PCS =
PCI =
PCI =