Questão 04 - Estime o poder calorífico superior (PCS, considera a água como líquido) e o poder calorífico inferior (PCI, considera a água como gás) para 1 kg de carvão com a composição mássica: C ( 80 % ), H ( 0,3 % ), O ( 0,5 % ), S ( 0,6 % ) e cinzas ( 18,60 % ).

Passo 1

O enunciado pede para estimar o poder calorífico superior (PCS), que considera a água formada na combustão como líquida, e o poder calorífico inferior (PCI), que considera essa água como vapor, para 1 kg de carvão com composição mássica
C =80 % , H =0,3 % , O =0,5 % , S =0,6 % , cinzas =18,6 %.
Conteúdo: usar as entalpias padrão de formação de C O2, H2O(l), H2O(g) e S O2 para calcular a energia liberada por mol de cada elemento e depois converter para kJ/kg de combustível; em seguida descontar a energia de vaporização da água para obter o PCI.

Passo 2

Calcular quantos mols de cada espécie reagente estão em 1 kg de carvão.
A massa de cada elemento é obtida pela porcentagem em massa sobre 1 kg:
C: 0,80 kg =800 g to
nC = 800;g12,0;g/mol = 66,667;mol
H: 0,003 kg =3 g to forma H2 na reação, logo
nH2 = 3;g2,0;g/mol = 1,500;mol
S: 0,006 kg =6 g to
nS = 6;g32,0;g/mol = 0,1875;mol

Passo 3

Entalpias padrão de formação (produtos – reagentes):
De<a Hf,CO2^circ = -393,5;kJ/mol, De<a Hf,H2O(l)^circ = -285,8;kJ/mol, De<a Hf,H2O(g)^circ = -241,8;kJ/mol, De<a Hf,SO2^circ = -296,8;kJ/mol
Como os elementos C, H2 e S têm entalpia de formação zero, o calor liberado por elemento é:
QC = nC times 393,5 = 66,667 times 393,5 = 26,233,3;kJ
QH2,l = nH2 times 285,8 = 1,500 times 285,8 = 428,7;kJ
QS = nS times 296,8 = 0,1875 times 296,8 = 55,65;kJ

Passo 4

Somando as contribuições, obtemos o PCS por quilograma de carvão:
PCS = QC + QH2,l + QS = 26,233,3 + 428,7 + 55,65 = 26,717,7;kJ/kg

Passo 5

Para o PCI descontamos a energia de vaporização da água que, no PCI, sai como vapor. A diferença de entalpia de H2O(l) para H2O(g) é
De<a Hvap = 285,8 - 241,8 = 44,0;kJ/mol
Como formamos nH2=1,500 mol de água, a energia retirada é
Qvap = nH2times 44,0 = 1,500 times 44,0 = 66,0;kJ
Logo
PCI = PCS - Qvap = 26,717,7 - 66,0 = 26,651,7;kJ/kg

Resposta

PCS approx 26718 kJ/kg
PCI approx 26652 kJ/kg

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