Um carvão mineral apresenta a seguinte análise elementar: C=66,6 % ; H 2=3,2 % ; N 2=1,4 %; S=0,5 % ; H 2 O=9,5 %; umidade =9,6 %; cinza =9,2 %. Utilizando os calores de combustão das frações combustíveis, determinar o poder calorífico superior e o poder calorífico inferior desse carvão.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre poder calorífico superior (PCS) e poder calorífico inferior (PCI) de um carvão mineral. A gente vai trabalhar com a análise elementar do carvão e usar os calores de combustão das frações combustíveis. Basicamente, vamos calcular quanto de energia é liberada quando o carvão queima completamente (PCS) e quanto de energia realmente aproveitamos após considerar a perda de energia com a água formada na combustão (PCI).

Passo 2

Primeiro, vamos organizar os dados que temos:
  • Carbono ©: 66,6%
  • Hidrogênio (H₂): 3,2%
  • Nitrogênio (N₂): 1,4%
  • Enxofre (S): 0,5%
  • Água (H₂O): 9,5%
  • Umidade: 9,6%
  • Cinza: 9,2%
Como o poder calorífico é calculado com base nas frações combustíveis, vamos focar nos componentes que participam da queima: C, H₂, N₂, S e H₂O.

Passo 3

Vamos usar os calores de combustão padrão para cada elemento:
  • Carbono ©:
  • Hidrogênio (H₂):
  • Enxofre (S):
  • Nitrogênio (N₂): Geralmente não contribui para o calor de combustão, então podemos ignorar.
Nota: Os valores são negativos porque representam a liberação de energia na combustão.

Passo 4

Agora, vamos calcular o PCS somando as contribuições de cada elemento combustível:
PCS = (%C times De
Substituindo os valores:
PCS = (66,6% times -394) + (3,2% times -142) + (0,5% times -296)
PCS = (-26263,6) + (-454,4) + (-148)
PCS = -26866 , kJ/kg
Como estamos tratando de energia liberada, consideramos o valor absoluto:
PCS = 26866 , kJ/kg

Passo 5

Para encontrar o PCI, precisamos levar em conta a energia perdida na forma de vapor d’água formada durante a combustão do hidrogênio. A fórmula é:
PCI = PCS - (%H2 times De
Sabemos que o calor de vaporização da água ( %H2O formada = %H2 times 9 = 3,2% times 9 = 28,8% ) é aproximadamente Perda de energia = 28,8% times 44 , kJ/mol times massa molar da água . Mas primeiro, precisamos converter a porcentagem de hidrogênio para massa de água formada.
Cada 2 g de H formam 18 g de H���O. Portanto, a proporção é Perda de energia = 28,8100 times 44 = 12,67 , kJ/kg . Assim:
PCI = 26866 - 12,67 = 26853 , kJ/kg
Agora, calculamos a perda de energia:
á
Como estamos trabalhando em % por kg, ajustamos para:
Então:

Resposta

O poder calorífico superior (PCS) do carvão é de aproximadamente 26.866 kJ/kg e o poder calorífico inferior (PCI) é de cerca de 26.853 kJ/kg.

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