Propano gasoso é queimado com
de excesso de ar à pressão atmosférica. As temperaturas de entrada do combustível e do ar são
. A vazão mássica de combustível é de
. Os produtos de combustão deixam a caimara de combustão com temperatura de 1500 K . Considere combustão completa, Determine:
(i) a razão ar combustível [
].
(ii) a taxa de transferência de calor na câmara de combustão [2,0p].
Dados adicionais:
;
;
(i) a razão ar combustível [
(ii) a taxa de transferência de calor na câmara de combustão [2,0p].
Passo 1
O enunciado informa que queimamos propano gasoso (
) com
de excesso de ar, à pressão atmosférica, temperaturas de entrada de
(isto é,
), vazão mássica de combustível de
e saída dos produtos a
. Pede-se (i) a razão ar/combustível e (ii) a taxa de transferência de calor na câmara. Para isso vamos usar estequiometria da reação de combustão completa, balanço de massa e balanço de energia (entalpia).
Passo 2
Balanceamos a combustão estequiométrica de
kmol de combustível:
No ar seco usamos a aproximação de
. Logo, para cada kmol de
há
kmol de ar. Assim a quantidade de ar estequiométrico é
Com
de excesso, o ar real é
Convertendo para massa usando
e
, a razão ar/combustível (em massa) é
Passo 3
Para checar, a vazão de ar corresponde a
Isso não altera a razão ar/combustível, mas mostra o fluxo de ar necessário.
Passo 4
Agora fazemos o balanço de energia (entalpia) entre reagentes e produtos para obter a taxa de calor rejeitado pela câmara. Adotamos referência a
.
Entalpias de formação (a
K, em kJ/mol):
,
,
,
.
Capacidades caloríficas médias aproximadas (assumidas constantes, em J/mo
):
,
,
.
Espécies nos produtos por kmol de combustível:
C
,
O,
em excesso:
kmol,
total:
kmol.
Soma das entalpias de formação dos produtos:
A entalpia sensível de cada produto do referencial
K até
K é
Calculando (em kJ):
Total sensível dos produtos:
.
Logo entalpia total dos produtos: por kmol de combustível.
Logo entalpia total dos produtos:
Entalpia total dos reagentes (combustível
ar) a
K:
(o ar não contribui).
Variação de entalpia da reação por kmol de combustível:
Em base de massa de combustível:
A vazão mássica de combustível é
.
Logo a taxa de calor rejeitado (negativa porque sai calor da câmara) é
Logo a taxa de calor rejeitado (negativa porque sai calor da câmara) é
Resposta
(i)
(ii)
(ii)