Exerc�cio EXEMPLO 1 by h0pjWZj5

VIEWS: 83 PAGES: 4

									                   UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
       UNISANTA

  CEC
Química - 6ª Lista de Exercícios
  ÍLI
PODER CALORÍFICO
   A
Exercício EXEMPLO 1

Certo carvão apresenta a seguinte composição percentual em peso :

              carvão                Carbono      Hidrogênio      Oxigênio    Nitrogênio    Enxofre      Umidade    Cinza
              % Peso                  72%           3,6%           6,4%         2,8%        3,2%           -        12%

Estimar o PCS e o PCI desses carvões a partir dos calores de combustão das frações combustíveis e composição. Dados:
a) Massas Atômicas : C = 12 , H = 1 , O = 16 , N = 14 , S = 32
b) calores de combustão: Carbono      = - 96,7 kcal/mol
                          Hidrogênio = - 68,3 kcal/mol (H2Olíq. )
                          Enxofre     = - 72 kcal/mol
c) L = 586 kcal / kg

SOLUÇÃO : BC = 1kg = 1000g

1) Cálculos Preliminares :

               carvão          Carbono           Hidrogênio      Oxigênio    Nitrogênio     Enxofre       Umidade      Cinza
               % Peso               72%            3,6%             6,4%       2,8%           3,2%            -        12%
                   m               720 g            36 g            64 g        28 g          32 g            -        120 g
                   M           12 g / Mol        2 g / Mol      32 g / Mol   28 g / Mol    32 g / Mol     18 g / Mol       -
                   n               60 mol         18 mol          2 mol        1 mol         1 mol            -            -

2) cálculos Estequiométricos e Energéticos

a) C     +    O2                 CO2      +    96,7 kcal / mol     então : Q C = 60 x 96,7 = 5802 kcal / kg

- A presença de Oxigênio no combustível diminui a quantidade de calor liberado .
- Admite-se que parte do Hidrogênio do combustível ( denominado , hidrogênio combinado) reagiu com Oxigênio do
combustível resultando Água do hidrogênio combinado e impossibilitando a obtenção da energia da combustão desse
Hidrogênio (hidrogênio combinado) .O restante do Hidrogênio do combustível ( denominado , hidrogênio livre) continua
disponível para a queima .
- Podemos então calcular:

                                   n H2,combinado = 2 . n O2,combustível = 2 . 2mol = 4 mol

                          n H2.livre = n H2.total - n H2.combinado             = 18 mol - 4 mol = 14 mol

b) H2     +   1/2 O2                H2O (l).     +       68,3 kcal/mol      então :     Q H2 = 14 x 68,3 = 956,2 kcal / kg

c) S     +    O2                 SO2 + 72 kcal/mol             então : QS = 72 kcal / kg


d) Cálculo do PCS e PCI
PCS = 5802 + 956,2 + 72 =                   6830,2 kcal / kg

PCI = PCS - m L           ;   m = massa total de H2O nos produtos de combustão.

Como      n H2.total    = n H2O total       = 18 mol
n H2O fumos    = n H2O total       +     n H2Oumidade          = 18 +        zero = 18 mol

m = n.M = 18 . 18 = 324 g = 0,324 kg

PCI = 6830,2 - 0,324 x 586

PCI = 6830,2 - 189,9 =                 6640,3 kcal / kg

Exercício EXEMPLO 2

Certo carvão apresenta a seguinte composição percentual em peso :

              Carvão                Carbono        Hidrogênio      Oxigênio      Nitrogênio    Enxofre      Umidade     Cinza
              % Peso                  72%             3,6%           6,4%           2,8%        3,2%          9%         3%

Estimar o PCS e o PCI desses carvões a partir dos calores de combustão das frações combustíveis e composição. Dados:
a) Massas Atômicas : C = 12 , H = 1 , O = 16 , N = 14 , S = 32
b) calores de combustão: Carbono      = - 96,7 kcal/mol
                          Hidrogênio = - 68,3 kcal/mol (H2Olíq. )
                          Enxofre     = - 72 kcal/mol
c) L = 586 kcal / kg

SOLUÇÃO : BC = 1kg = 1000g

1) Cálculos Preliminares :

               carvão          Carbono             Hidrogênio      Oxigênio      Nitrogênio     Enxofre       Umidade      Cinza
               % Peso               72%              3,6%             6,4%         2,8%          3,2%            9%         3%
                   m               720 g              36 g            64 g          28 g          32 g          90 g        30 g
                   M           12 g / Mol          2 g / Mol      32 g / Mol     28 g / Mol    32 g / Mol     18 g / Mol        -
                   n               60 mol           18 mol          2 mol          1 mol         1 mol          5 mol           -

2) Cálculos Estequiométricos e Energéticos

a) C    +     O2                 CO2      +      96,7 kcal / mol     então : Q C = 60 x 96,7 = 5802 kcal / kg

                                   n H2,combinado = 2 . n O2,combustível = 2 . 2mol = 4 mol

                          n H2.livre = n H2.total - n H2.combinado                 = 18 mol - 4 mol = 14 mol

b) H2    +    1/2 O2                  H2O (l).     +       68,3 kcal/mol        então :     QH2 = 14 x 68,3 = 956,2 kcal / kg

c) S    +     O2                 SO2 + 72 kcal/mol               então : QS = 72 kcal / kg

d) Cálculo do PCS e PCI

PCS = 5802 + 956,2 + 72 =                   6830,2 kcal / kg
PCI = PCS - m L           ;   m = massa total de H2O nos produtos de combustão.

PCI = PCS - m L           ;   m = massa total de H2O nos produtos de combustão.

Como    n H2.total      = n H2O total       = 18 mol

n H2O fumos    = n H2O total       +     n H2Oumidade          = 18 +        5 = 23 mol

m = n.M = 23 . 18 = 414 g = 0,414 kg

PCI = 6830,2 - 0,414 x 586

PCI = 6830,2 - 189,9 =                 6587,6 kcal / kg
Exercício EXEMPLO 3

Através da análise dos dados dos combustíveis “Carvão 1” e “Carvão 2”:

              Carbono Hidrogênio           Oxigênio    Nitrogênio    Umidade     Cinza
 “Carvão 1”    72,9%        6,3%            4,0%         3,5%         3,6%       9,7%
 “Carvão 2”:   72,9%        6,3%            2,0%         4,2%         3,6%       11%
*composição percentual em peso

Qual deles possui maior PCS ?

Solução :
Como as quantidades de Carbono e Hidrogênio nos dois Combustíveis são iguais a avaliação é feita através do Oxigênio
presente no combustível . Quando maior a quantidade de Oxigênio presente no combustível , menor o PCS .

Resposta : possui maior PCS o Carvão 2 .

Exercício EXEMPLO 4

Através da análise dos dados dos combustíveis “Carvão 1” e “Carvão 3”:

              Carbono Hidrogênio           Oxigênio    Nitrogênio    Umidade     Cinza
 “Carvão 1”    72,9%        6,3%            4,0%         3,5%         3,6%       9,7%
 “Carvão 3”:   72,9%        6,3%            4,0%         4,2%         1,6%       11%
*composição percentual em peso

Qual deles possui maior PCI?

Solução :
Como as quantidades de Carbono , Hidrogênio e Oxigênio nos dois Combustíveis são iguais a avaliação é feita através da
Água presente nos Fumos . Quando maior a quantidade de Água presente nos Fumos , menor o PCI .

Resposta : possui maior PCI o Carvão 3 .

EXERCÍCIOS

1) Calcular o PCS e PCI de um combustível líquido que apresenta a seguinte composição percentual em massa :
Carbono = 37,5% ; Hidrogênio = 12,5% ; Oxigênio = 50% ,                  sendo dados :
a) Massas atômicas : C - 12 ; H = 1 ; O = 16         b) Calor Latente de Vaporização : L = 586 kcal / kg
c) Calores de Combustão : Carbono = 94 kcal / mol ; Hidrogênio = 58 kcal / mol ( H 2O vapor )

2) Calcular o PCS e PCI do combustível gasoso que apresenta a seguinte composição percentual em volume :
C2H6 = 40% ; CO = 25% ; C3H8 = 35% , sendo dados :
a) Massas atômicas : C - 12 ; H = 1 ; O = 16         b) Calor Latente de Vaporização : L = 586 kcal / kg
c) Calores de Combustão :
   CO = 67,64 kcal / mol ; C2H6 = 372,82 kcal / mol ( H2O líquido ) ;      C3H8 = 530,60 kcal / mol ( H2O líquido )

3) Um carvão apresenta a seguinte composição percentual em massa :
Carbono = 70% ; Hidrogênio = 6% ; Oxigênio = 4% : Enxofre = 5% ; Umidade = 2% ; cinza = 10%
Calcular o PCS e PCI do combustível , sendo dados :
a) Massas atômicas : C - 12 ; H = 1 ; O = 16 ; N = 14 ; S = 32       b) Calor Latente de Vaporização : L = 586 kcal / kg
c) Calores de Combustão :
Carbono = 94 kcal / mol ; Hidrogênio = 68 kcal / mol ( H 2O líquido ) ; Enxofre = 74 kcal / mol

Exercício resolvido

Um GLP possui a seguinte composição volumétrica: 60% C 3 H8 e 40% C4 H10 . São dados:
a) Calor latente de condensação da água: L = 586 kcal / kg.
b) os calores de combustão do propano e do butano para H 2O resultante no estado de vapor ( tabela abaixo )

                         Propano              C3 H8                 gás          488,50 kcal / mol
                         n - Butano           C4 H10                gás          635,38 kcal / mol

Pede-se : I - Estimar o PCS e PCI do GLP
1) Cálculos Preliminares : BC = 1 m3

                                    C3H8                    C4 H10
 % ( em volume )                    60%                     40%
       V (L)                        600 L                   400 L
  V mol (CNTP)                 22,4 L / mol              22,4 L / mol
            n                      26,8 mol               17,86 mol

2) Cálculos Estequiométricos e Energéticos

  1 C3 H8          +       5    O2                 3 CO2       +       4 H2O (v)    + 488,50 kcal / mol
   1 mol                    5 mol                                          4 mol          488,50 kcal
26,8 mol / h                   X                                            Y                 Z


X = 134 mol de O2       ; y = 107,2 mol de H2O ;        Z = 13091,8 Kcal


   1 C4H10          +    13/2       O2             4 CO2       +       5 H2O (v)    + 635,38 kcal / mol
    1 mol                  6,5 mol                                         5 mol          635,38 kcal
17,86 mol / h                  X                                            Y                 Z


                                                              PCI = 24 431 kg/Nm3

Em 1000 L da mistura: 600 L são propano e 400 L são butano, portanto, os números de mols são, respectivamente:
                             600                                          400 = 17,857
              npropano =           = 26,785       e         nbu tan o =
                             22,4                                         22,4
Na queima completa de 1 mol de C3H8 e 1 mol de C4H10 , resultam respectivamente 4 e 5 mols de H2O. Assim, o número de
mols de H2O provenientes da combustão de 1m3 da mistura, será:

n(H2O) = 26,785 x 4 + 5 x l7,857 = 196,425 mols,
e a massa de H2O : m (H 2O) = 18 x 196, 425 = 3535,65 g ,
à qual corresponde a quantidade de calor: Q2 = 0,586 x 3535,65 = 2071,89 kcal/m3
                PCS = 24431 + 2071,9 = 26 502,9 kcal / Nm3

Portanto,
 Pelas equações de combustão observa-se que as quantidades teóricas para a combustão completa de 1 mol de cada um dos
componentes da mistura C3H8 e C4H10 são respectivamente 5 moles e 6,5 moles de O2. Portanto a quantidade total de oxigênio
requerida é :
              VO2 = 5 x 600 + 6,5 x 400 = 5600 litros

                                              VO2 = 5,6 m3 nas CNTP

								
To top