Estime o poder calorífico superior (PCS) e o poder calorífico inferior (PCI) dos seguintes combustíveis em unidades britânicas por libra:
Óleo combustível com 30^{\circ} API e contendo 12,05 \% \mathrm{He} 0,5 \% \mathrm{~S}.

Passo 1

O enunciado pede para estimarmos o poder calorífico superior (PCS) e o poder calorífico inferior (PCI) de um óleo combustível com 30^\circ API, contendo 12{,}05\% de hidrogênio e 0{,}5\% de enxofre (ambos em massa).
Conteúdo: balanço de energia pela composição elementar e fórmula de Dulong.

Passo 2

Determinar frações em massa dos elementos principais:
w_H = 0{,}1205 (hidrogênio)
w_S = 0{,}005 (enxofre)
w_C = 1 - w_H - w_S = 1 - 0{,}1205 - 0{,}005 = 0{,}8745 (carbono)
Desprezamos oxigênio e nitrogênio na análise.

Passo 3

Aplicar a fórmula de Dulong para o PCS em MJ/kg:
\mathrm{PCS}\;(\text{MJ/kg}) = 35{,}8\,w_C \;+\;85{,}8\,w_H \;+\;10{,}3\,w_S
Substituindo:
\mathrm{PCS} = 35{,}8\cdot0{,}8745 \;+\;85{,}8\cdot0{,}1205 \;+\;10{,}3\cdot0{,}005 =31{,}31 +10{,}34 +0{,}0515 =41{,}70\;\text{MJ/kg}.

Passo 4

Converter PCS de MJ/kg para Btu por libra. Sabendo que
1\;\mathrm{MJ/kg}\approx 429{,}9\;\mathrm{Btu/lb},
temos
\mathrm{PCS} =41{,}70\;\tfrac{\mathrm{MJ}}{\mathrm{kg}}\times 429{,}9\;\tfrac{\mathrm{Btu}}{\mathrm{lb}} \approx17\,934\;\mathrm{Btu/lb}.

Passo 5

Para o PCI, subtrai-se o calor de vaporização da água formada. A massa de água por kg de combustível é 9\,w_H e o calor latente é 2{,}44 MJ/kg de água, logo o termo de correção é
\Delta =9\,w_H\times2{,}44=9\times0{,}1205\times2{,}44=2{,}65\;\mathrm{MJ/kg}.
Então
\mathrm{PCI} = \mathrm{PCS} - \Delta =41{,}70 - 2{,}65 =39{,}05\;\mathrm{MJ/kg}.

Passo 6

Converter PCI para Btu/lb:
\mathrm{PCI} =39{,}05\;\tfrac{\mathrm{MJ}}{\mathrm{kg}}\times 429{,}9\;\tfrac{\mathrm{Btu}}{\mathrm{lb}} \approx16\,796\;\mathrm{Btu/lb}.

Resposta

PCS \approx 17934 Btu/lb
PCI \approx 16796 Btu/lb