Um gás combustível constituído de
de metano e
de nitrogênio, em base molar, é queimado com
de excesso de ar em um aquecedor de água contínuo. Tanto o gás combustível quanto o ar entram secos a
. Uma vazão de água de
é aquecida de
a
. Os gases de exaustão deixam o aquecedor a
. Do metano alimentado,
queimam até dióxido de carbono e
queimam até monóxido de carbono. Qual é a vazão volumétrica de gás combustível necessária se não houver perda de calor para a vizinhança?
Passo 1
Resumindo, temos um gás combustível de
metano e
nitrogênio (base molar) à
, queimado com
de excesso de ar. Queremos achar a vazão volumétrica desse gás à
, sabendo que ele aquece
de água de
a
e que os gases de exaustão saem a
. Assumimos combustão parcial:
do
forma
,
forma
. Para resolver precisaremos de
- balanço estequiométrico e composição dos gases de exaustão;
- entalpias de reação do metano;
- capacidades caloríficas médias
dos gases e da água; - balanço de energia (combustão = aquecimento da água + aquecimento dos produtos);
- equação de gás ideal para converter fluxo molar em volumétrico.
Passo 2
Determine a composição molar dos gases de exaustão por mol de
queimado
em
:
- Reações por
de :
- Água formada:
-
estequiométrico:
Com
de excesso:
Excesso de
:
- Nitrogênio do ar
por estequiometria do ar (79 mol N /21 mol O ):
- Nitrogênio do combustível: a cada mol de combustível (0,94 mol CH
mol N ), proporção :
- Total em exaustão (por
de ):
Passo 3
Entalpia de combustão (à
) por mol de
:
-
: -
:
Média ponderada/ :
Em
por
de
:
Passo 4
Calor cedido à água:
Passo 5
Calor absorvido pelos gases de exaustão:
. Capacidades médias:
Passo 6
Balanço de energia (sem perdas):
Vazão do gás combustível (base molar)
.
Passo 7
Vazão volumétrica à
e
pelo gás ideal:
Resposta
A vazão volumétrica de gás combustível necessária é aproximadamente