Uma corrente de gás contendo 60 % de etano e 40 % de n-butano em massa é aquecida de 150 para 250 K a uma pressão de 5 bar. Calcular o calor fornecido por kg de mistura, desprezando-se os efeitos de energia cinética e potencial ( 478 kJ / kg).
DICA: Adote uma base de cálculo de 1 kg / s para a corrente de gás de entrada:
DADOS: As entalpias específicas do etano e n-butano são apresentadas no Perry Chemical Engineering Handbook.
  • Etano (150 K, 5 bar)=314,3 kJ / kg - n-butano (150 K, 5 bar)=30,0 kJ / kg
  • Etano (250 K, 5 bar) =973,3 kJ / kg - n-butano (250 K, 5 bar) =237 kJ / kg

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para calcular o calor fornecido por quilo de uma mistura de gás que contém 60% de etano e 40% de n-butano em massa. A mistura é aquecida de 150 K para 250 K a uma pressão constante de 5 bar. Para resolver isso, vamos usar o conceito de entalpia, que é uma medida de energia total de um sistema. Precisamos das entalpias específicas do etano e do n-butano nas duas temperaturas dadas para calcular a diferença de energia.

Passo 2

Primeiro, vamos entender que a entalpia total da mistura em cada temperatura é a soma das entalpias dos componentes individuais, ponderadas pela sua fração em massa. Como temos 60% de etano e 40% de n-butano, para uma base de 1 kg de mistura, temos 0,6 kg de etano e 0,4 kg de n-butano.

Passo 3

Vamos calcular a entalpia total na temperatura inicial de 150 K. Usamos os valores fornecidos:
Entalpia do etano em 150 K = 314,3 , kJ/kg
Entalpia do n-butano em 150 K = 30,0 , kJ/kg
Multiplicamos cada entalpia pela sua fração em massa:
Entalpia total em 150 K = (0,6 times 314,3) + (0,4 times 30,0)
Entalpia total em 150 K = 188,58 + 12 = 200,58 , kJ

Passo 4

Agora, calculamos a entalpia total na temperatura final de 250 K usando os valores fornecidos:
Entalpia do etano em 250 K = 973,3 , kJ/kg
Entalpia do n-butano em 250 K = 237,0 , kJ/kg
Multiplicamos cada entalpia pela sua fração em massa:
Entalpia total em 250 K = (0,6 times 973,3) + (0,4 times 237,0)
Entalpia total em 250 K = 583,98 + 94,8 = 678,78 , kJ

Passo 5

Para encontrar o calor fornecido à mistura, subtraímos a entalpia inicial da entalpia final:
Q = Entalpia final - Entalpia inicial
Q = 678,78 , kJ - 200,58 , kJ = 478,2 , kJ

Resposta

O calor fornecido por quilo de mistura é aproximadamente 478 kJ/kg.

Exercícios relacionados