Determine a exergia química das seguintes substâncias (use o ambiente de referência acima):
Isoctano líquido
Isoctano líquido
Passo 1
O que o enunciado pede: determinar a exergia química do isoctano líquido
no ambiente de referência indicado (assumo o ambiente padrão:
e
).\n
Informações relevantes que vou usar (valores padrão encontrados em tabelas termodinâmicas):\n
\n
(entalpia padrão de formação do isoctano líquido)\n
\n
\n
\n
O objetivo prático: calcular a exergia química específica (por massa) e molar do isoctano líquido.
Informações relevantes que vou usar (valores padrão encontrados em tabelas termodinâmicas):\n
O objetivo prático: calcular a exergia química específica (por massa) e molar do isoctano líquido.
Passo 2
Breve explicação do que vamos fazer e por quê (modo de raciocínio):\n
A exergia química padrão de um combustível é a máxima energia útil que pode ser extraída quimicamente quando o combustível é levado ao equilíbrio químico com o ambiente. Uma forma prática, simples e muito usada em provas para hidrocarbonetos é: calcular primeiro o poder calorífico (LHV) do combustível a partir das entalpias de combustão e, em seguida, estimar a exergia química por meio de uma correlação empírica que relaciona exergia química com LHV para hidrocarbonetos puros. Essa rota é ensinada porque envolve conceitos básicos (entalpia de combustão, LHV) e dá um valor muito próximo dos valores tabulados de exergia química.\n
Vou portanto: (i) calcular a entalpia de combustão padrão usando entalpias de formação; (ii) obter o LHV molar e por massa; (iii) usar a correlação típica para hidrocarbonetos
com
aproximadamente
(valor recomendado por Szargut et al. para hidrocarbonetos) para obter a exergia química.
A exergia química padrão de um combustível é a máxima energia útil que pode ser extraída quimicamente quando o combustível é levado ao equilíbrio químico com o ambiente. Uma forma prática, simples e muito usada em provas para hidrocarbonetos é: calcular primeiro o poder calorífico (LHV) do combustível a partir das entalpias de combustão e, em seguida, estimar a exergia química por meio de uma correlação empírica que relaciona exergia química com LHV para hidrocarbonetos puros. Essa rota é ensinada porque envolve conceitos básicos (entalpia de combustão, LHV) e dá um valor muito próximo dos valores tabulados de exergia química.\n
Vou portanto: (i) calcular a entalpia de combustão padrão
Passo 3
Calcular a entalpia padrão de combustão molar
da reação de combustão completa do isoctano (produto água líquida):\n
A reação de combustão é
A reação de combustão é
A entalpia de combustão padrão (HHV molar de combustão, em módulo) é dada por
Substituindo os valores:
Agora calculo numericamente:
O sinal negativo indica liberação de calor; o valor absoluto é o
molar.
Passo 4
Calcular o poder calorífico inferior (LHV) molar e por massa:\n
O LHV molar é a HHV menos a energia necessária para vaporizar a água formada (a LHV assume água como vapor): há mol de
formados, então
O LHV molar é a HHV menos a energia necessária para vaporizar a água formada (a LHV assume água como vapor): há
Substituindo:
Converto para base por massa (MJ/kg):
Passo 5
Estimativa prática da exergia química a partir do LHV:\n
Para hidrocarbonetos puros costuma-se usar a correlação empírica
Para hidrocarbonetos puros costuma-se usar a correlação empírica
com
(valor recomendado por Szargut e frequentemente usado em exercícios — ele reflete o fato de que a exergia química é ligeiramente maior que o LHV). Vou adotar
.\n
Cálculo por massa:
Cálculo por massa:
Cálculo molar (consistente com multiplicar o LHV molar por
):
Passo 6
Observações finais e arredondamento:\n
Os valores acima são estimativas convencionais, suficientemente precisas para exercícios de prova. Se quiser mais precisão absoluta, usa-se tabelas de exergia química padrão (Szargut) ou cálculo a partir da energia livre padrão de formação, mas a rota LHV× é a mais prática e básica para hidrocarbonetos.\n
Arredondando a dois algarismos significativos na casa de e três na casa de
, temos os valores apresentados a seguir.
Os valores acima são estimativas convencionais, suficientemente precisas para exercícios de prova. Se quiser mais precisão absoluta, usa-se tabelas de exergia química padrão (Szargut) ou cálculo a partir da energia livre padrão de formação, mas a rota LHV×
Arredondando a dois algarismos significativos na casa de