Enunciado

Um tanque de volume constante adiabático contém uma mistura de 1 kmol de gás de hidrogênio ( H 2 ) e a quantidade estequiométrica de ar a 25 °C e 1 atm. Em um dado momento, o conteúdo do tanque é incendiado. Considerando uma combustão completa, determine a temperatura final no tanque.

Passo 1

Vamos assumir que:

O tanque é adiabático.

Os reagentes e os produtos são gases ideais.

Não há interações de trabalho.

A combustão está completa.

Passo 2

A equação de combustão de H 2 com a quantidade estequiométrica de ar é

H 2 + 0.5 ( O 2 + 3.76 N 2 ) → H 2 O + 1.88 N 2

A temperatura final no tanque é determinada a partir da relação de balanço de energia\ E e n t - E s a í d a = Δ E s i s t e m a para reagir sistemas fechados sob condições adiabáticas ( Q = 0 ) sem interações de trabalho ( W = 0 ) .

∑ N R ( h ° ̄ f + h ̄ - h ° ̄ - P v ̄   ) R = ∑ N P ( h ° ̄ f + h ̄ - h ° ̄ - P v ̄   ) P

Como os reagentes e os produtos se comportam como gases ideais, toda a energia interna e entalpias dependem da temperatura somente e os termos P v _ nesta equação podem ser substituídos por R u T .

Então:

∑ N P ( h ° ̄ f + h ̄ T p - h ̄ 298 K - R u T   ) P = ∑ N R ( h ° ̄ f R u T ) R

uma vez que os reagentes estão à temperatura de referência padrão de 25 ° C. Das tabelas:

Então,

h ̄ H 2 O + 1.88   h ̄ N 2 - 23.94 × T P = 259,648   k J

A temperatura dos gases do produto é obtida a partir de uma solução de tentativa e erro,

Passo 3

À 3050K:

h ̄ H 2 O + 1.88   h ̄ N 2 - 23.94 × T P = 260,163   k J ( M a i o r   q u e   259,648   k J )

À 3000K:

h ̄ H 2 O + 1.88   h ̄ N 2 - 23.94 × T P = 255,089   k J ( M e n o r   q u e   259,648   k J )

Por interpolação:

T P = 3045   K

Resposta

T P = 3045   K

Exercícios de Livros Relacionados

Calor é transferido em regime permanente para a água fervente de uma panela a partir de sua base plana, a uma taxa de 500 W. Considerando que as temperaturas das superfícies intern...
206. Em 1982, a explosão de um tanque de água quente em uma escola dos Estados Unidos localizada em Spencer (Oklahoma) matou 7 pessoas e feriu outras 33. Embora o número de tais ex...
Um arranjo pistão-cilindro contém 1,2 kg de vapor d'água saturado a 200 °C. Calor é então transferido para o vapor, e este se expande de forma reversível e isotérmica até uma press...
50 Um conjunto cilindro-pistão contém R=134a. Inicialmente, o fluido apresenta T=10°C, p=150kPa e o volume igual a 20 litros. O refrigerante é então comprimido, num processo isotér...
46 Inicialmente, um conjunto cilindro – pistão contém água a 400 °C e 2,0 MPa. A água é então expandida, num processo adiabático reversível, com realização de 415,72 kJ de trabalho...
52 Um conjunto cilindro – pistão, que opera, a pressão constante, contém 2 kg de água. Inicialmente, a temperatura e a pressão na água são iguais a 250°C e 1,0 MPa. É transferido c...
187. Um tanque rígido contém 3,2   k g de água a 140   ° C e 400   k P a . Durante um processo, são realizados 48   k J de trabalho de eixo no sistema, e a temperatura final do tan...
184. É possível que 1   l b m de ar em um sistema fechado a 20   p s i a e 100   ° F seja comprimido adiabaticamente para 120   p s i a e um volume de 3   p é s 3 é ?
Um motor térmico recebe 6   k W de um reservatório a 250 ° C e rejeita calor num reservatório a 30 ° C . Considere que a potência no eixo da máquina é igual a: a. 6 k W . b. 0 k W ...
Água a 200   k P a e com título igual a 1 é comprimida, num arranjo cilindro-pistão, até o estado onde a pressão e a temperatura são iguais a 1 M P a e 350 ° C . Admitindo que o pr...
Estime a temperatura adiabática de chama de uma tocha de corte de acetileno ( C 2 H 2 ) em °C, considerando que ela utiliza uma quantidade estequiométrica de oxigênio puro.
116 Dois quilogramas de etano, a 500 kPa e 100 °C, são submetidos a um processo politrópico, com n=1,3, até que a temperatura se torne igual a do ambiente (20°C). Determine a entro...