Determine o poder calorífico inferior (PCI) do metano quando alimentado em um queimador a
, em condições estequiométrica com o ar (
e
). Qual o impacto no PCI do metano se a combustão for conduzida com um excesso de ar de
?
Passo 1
O enunciado pede para calcular o poder calorífico inferior (PCI ou LHV) do metano quando ele queima estequiometricamente com ar, todos à
e
. Em seguida, pergunta qual o impacto sobre esse PCI se utilizarmos
de excesso de ar. Para resolver vamos:
- Escrever a reação de combustão estequiométrica com ar seco (tomando a razão volumétrica
). - Aplicar entalpias padrão de formação para obter
usando água no estado gasoso (definição de PCI). - Converter o resultado para unidades por massa
e por volume ( nas condições dadas). - Discutir o efeito de
de excesso de ar sobre o valor do PCI.
Passo 2
Escrevemos a combustão estequiométrica do metano com ar seco:
Aqui usamos água no estado gasoso porque é isso que define o PCI (nenhuma condensação de vapor de água).
Passo 3
Usamos entalpias padrão de formação
:
A entalpia de reação (PCI molar) é
Passo 4
Converter para
. A massa molar do metano é
, logo
Converter para
nas condições dadas
,
. Pela equação dos gases ideais, o volume molar é
Portanto, um metro cúbico de metano tem
e o PCI volumétrico é
Passo 5
Impacto de
de excesso de ar:
Por definição termodinâmica de PCI todos os reagentes e produtos são considerados à e
. Esse valor de
(ou
/
) não muda mesmo que se use mais ar do que o estequiométrico. O que muda, na prática, é que mais ar significa maior débito de nitrogênio aquecido nos gases de exaustão, acarretando maiores perdas de calor no forno e reduzindo o rendimento global do processo, mas o PCI intrínseco do metano permanece o mesmo.
Por definição termodinâmica de PCI todos os reagentes e produtos são considerados à
Resposta
PCI do metano (
C, 1 atm, estequiométrico):
kJ/mol (energia liberada por mol)
MJ/kg
MJ/
O uso de 20 % de excesso de ar não altera o valor teórico do PCI, mas aumenta as perdas térmicas nos gases de exaustão.