3- Propano (C3H8) a, 298 \mathrm{~K}, 1 atm entra em umaçámara de combustão que opera em regime permanente com uma vazăo molar de 0,7 \mathrm{kmol} / \mathrm{s} e queima completamente com 200 \% da quantidade de ar teórico, que entra a 298 \mathrm{~K}, 1 atm. Os efeitos das energias cinética e potencial săo despreziveis. Se os produtos de combustăo saem a 560 \mathrm{~K}, 1 atm, determine a taxa transferência de calor da câmara de combustăo, em kW
Passo 1
O enunciado descreve uma câmara de combustão em regime permanente onde entra propano \mathrm{C_3H_8} a 298,K e 1,atm com vazão molar \dot n_F=0{,}7,kmol/s e ar a 298,K, 1,atm em excesso de 200\% do teórico. Os produtos saem a 560,K, 1,atm. Desprezam-se as variações de energia cinética e de potencial. Queremos a taxa de transferência de calor \dot Q. O método é usar a primeira lei de controle de volume para escoamento permanente, incluindo a entalpia de formação e a variação sensível de cada espécie.
Passo 2
A equação de energia para escoamento permanente, sem trabalho de fluxo nem variação cinética/potencial, é
Ar teórico por kmol de \mathrm{C_3H_8}: 5\,\mathrm{O_2}+5\cdot3{,}76\,\mathrm{N_2}=23{,}8 kmol.
Com 200\% do ar teórico (excesso de 100\%), a vazão de ar é
– Ar (O_{2} e N_{2}): h_f^\circ=0 e T=298 K é referência, logo contribuem zero.
Passo 5
Saídas de entalpia em 560,K:
Usamos valores médios de c_p constantes (kJ/kmol\cdot K): \mathrm{CO_2}:37{,}1,\;\mathrm{H_2O}:33{,}6,\;\mathrm{O_2}:29{,}4,\;\mathrm{N_2}:29{,}0.
Delta T=560-298=262,K. Então para cada espécie
\Delta h = c_p\,(262),\quad h(560)=h_f^\circ+\Delta h.