Enunciado

O metano ( C H 4 ) é completamente queimado com a quantidade estequiométrica de ar durante um processo de combustão em regime permanente. Considerando que os reagentes e os produtos são mantidos a 25 °C e 1 atm e que a água dos produtos existe na forma líquida, determine a quantidade de calor transferida da câmara de combustão durante esse processo. Qual seria sua resposta caso a combustão fosse realizada com 100% de excesso de ar?

Passo 1

Vamos assumir que:

Existem condições operacionais estáveis.

Ar e gases de combustão são gases ideais.

As energias cinética e potencial são desprezíveis.

A combustão está completa.

Passo 2

O combustível é queimado completamente com a quantidade estequiométrica de ar e, portanto, os produtos contêm apenas H2O, CO2 e N2, mas sem O2 livre. Considerando 1 kmol de combustível, a equação teórica da combustão pode ser escrita como

C H 4 + a t h ( O 2 + 3.76 N 2 ) → C O 2 + 2 H 2 O + 3.76 a t h N 2

onde ath é determinado a partir do saldo de O 2 ,

a t h = 1 + 1 = 2

Substituindo:

C H 4 + 2 ( O 2 + 3.76 N 2 ) → C O 2 + 2 H 2 O + 5.64 N 2

A transferência de calor para este processo de combustão é determinada a partir do balanço energético, aplicado na câmara de combustão com W = 0. Temos:

- Q s a í d a = ∑ N P ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° ) P - ∑ N R ( h ̄ ° f + h ̄ - h ̄ ° ) R = ∑ N P h ̄ ° f , P - ∑ N R h ̄ ° f , R

como os reagentes e os produtos estão a 25ºC e o ar e os gases de combustão podem ser tratados como gases ideais.

Das tabelas:

Então,

Q s a í d a = 890,330   k J / k m o l   C H 4

Se a combustão for alcançada com excesso de ar a 100%, a resposta ainda será a mesma, uma vez que entraria e sairia a 25 ° C e não absorve energia.

Resposta

Q s a í d a = 890,330   k J / k m o l   C H 4

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