Exercícios Resolvidos de Primeira Lei para Combustão

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Enunciado

Uma câmara de combustão operando em regime permanente descarrega 100   k m o l / s de produtos. A análise volumétrica desse produto mostra que ele é composto 70 % de N 2 , 10 % de H 2 O e 20 % de C O 2 . A água se encontra em estado líquido. Considerando que esse produto de combustão se encontra a 25   ° C e a pressão atmosférica, determine a energia contida nele.

Passo 1

Então, pessoal, esse é um exercício de combustão que pede pra gente calcular a energia E P dos produtos de uma combustão! Como a combustão ocorre em regime permanente, essa energia E P é igual à soma das entalpias de N 2 , H 2 O e C O 2 que compõe o produto. A soma é mostrada na fórmula abaixo!

E P = n ˙ N 2 × h - f 0 + Δ h - N 2 + n ˙ H 2 O × h - f 0 + Δ h - H 2 O + n ˙ C O 2 × h - f 0 + Δ h - C O 2

n ˙ N 2 , n ˙ H 2 O e n ˙ C O 2 são as vazões molares de N 2 , H 2 O e C O 2 . h - f 0 são as entalpias de formação dos componentes do produto e Δ h - é a diferença entre a entalpia da substância e a entalpia que a substância teria caso estivesse a 25   ° C .

Começamos os cálculos, determinando as vazões molares de N 2 , H 2 O e C O 2 !

Passo 2

O enunciado disse que o produto é composto 70 % por N 2 . Como a vazão molar total do produto é de 100   k m o l / s , a vazão de N 2 é 70 % disso!

n ˙ N 2 = 70 100 × 100 = 70   k m o l / s

O mesmo vale pro C O 2 e pro H 2 O . A vazão de C O 2 é 20 % de 100   k m o l / s e a vazão de H 2 O é 10 % de 100   k m o l / s .

n ˙ C O 2 = 20 100 × 100 = 20   k m o l / s

n ˙ H 2 O = 10 100 × 100 = 10   k m o l / s

Pronto! Achamos as vazões molares. Agora falta achar as entalpias de formação h - f 0 e as diferenças de entalpia Δ h - pra calcular E P .

Passo 3

As entalpias de formação h - f 0 de N 2 vale zero, porque N 2 é uma substância quimicamente mais estável.

h - f 0 N 2 = 0   k J k m o l

A entalpia de formação de C O 2 e de H 2 O líquido é encontrada em tabelas, como a tabela abaixo.

h - f 0 H 2 O = - 285830   k J k m o l

h - f 0 C O 2 = - 393520   k J k m o l

Eba! Estamos quase com todos os valores que precisamos. Só falta achar as diferenças de entalpia Δ h - . No entanto, Δ h - é a diferença entre a entalpia de uma substância a temperatura T e a entalpia de uma substância a temperatura de 25   ° C . Como o enunciado diz que os produtos e reagentes estão a 25   ° C , Δ h - vale zero pra todas as substâncias.

Δ h - H 2 O = 0   k J k m o l

Δ h - N 2 = 0   k J k m o l

Δ h - C O 2 = 0   k J k m o l

Com esses valores podemos achar E P na próxima etapa!

Passo 4

Substituindo os valores que temos, achamos:

n ˙ N 2 × h - f 0 + Δ h - N 2 = 70 × 0 + 0 = 0   k W

n ˙ H 2 O × h - f 0 + Δ h - H 2 O = 10 × - 285830 + 0 = - 2858300   k W

n ˙ C O 2 × h - f 0 + Δ h - C O 2 = 2 0 × - 393520 + 0 = - 787040 0   k W

Colocando estes valores na fórmula de E P :

E P = 0 - 2858300 - 787040 0

E P = - 10728700   k W

Shooooow! Terminamos com a questão!

Resposta

E P = - 10728700   k W

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