Um estudante de engenharia de biocombustíveis coletou na usina amostras de bagaço de cana-de-açúcar. Pesou as amostras na usina e depois as levou ao laboratório para realizar as respectivas análises. Depois de realizar as análises de umidade, e levando em consideração as pesagens na usina, encontrou que a umidade do bagaço em base de trabalho (na usina) foi de 51%. Para a determinação do poder calorífico, a umidade de equilíbrio do bagaço foi determinada de 10 % (umidade das pastilhas de bagaço). O poder calorífico superior obtido na bomba calorimétrica resultou 18,1 MJ / kg. Determine o poder calorífico inferior em base de trabalho (base úmida na usina). A composição elementar em base seca do bagaço resultou Cs=44,3 %; Hs=6,03%; Os=38,73 % ; Ns=0,25 % ; Ss=0,21 % e As=10,48 % PClt=7,96 MJ / kg

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão está relacionada a termodinâmica e calorimetria. Precisamos determinar o poder calorífico inferior do bagaço de cana-de-açúcar na base úmida da usina. Para isso, vamos precisar usar os dados fornecidos sobre a umidade inicial, a umidade de equilíbrio, o poder calorífico superior e a composição elementar do bagaço.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a diferença entre o poder calorífico superior (PCS) e o poder calorífico inferior (PCI). O PCS considera toda a energia liberada na queima, incluindo a energia da água formada a partir da combustão do hidrogênio. Já o PCI ignora essa energia, pois considera que a água permanece na fase líquida e não libera energia adicional. A relação entre eles está diretamente ligada ao conteúdo de umidade do material.

Passo 3

A fórmula para converter o PCS em PCI levando em conta a umidade é:
PCI = PCS - 2,44 times Hs times (1 - UM)
Onde:
  • é a porcentagem de hidrogênio na base seca.
  • é a umidade na base úmida.

Passo 4

Vamos identificar os valores que temos:
  • PCS =
  • =
  • Umidade na base úmida da usina ( ) =

Passo 5

Substituindo os valores na fórmula:
PCI = 18,1 MJ/kg - 2,44 times 6,03% times (1 - 0,51)
Primeiro, vamos calcular o termo da umidade:
2,44 times 6,03% = 2,44 times 0,0603 = 0,147 MJ/kg
1 - 0,51 = 0,49
Então:
0,147 times 0,49 = 0,072 MJ/kg

Passo 6

Agora, subtraímos esse valor do PCS para encontrar o PCI:
PCI = 18,1 MJ/kg - 0,072 MJ/kg = 18,028 MJ/kg

Passo 7

Ajustando para duas casas decimais:
PCI approx 18,03 MJ/kg

Resposta

O poder calorífico inferior do bagaço de cana-de-açúcar na base úmida da usina é de aproximadamente 18,03 MJ/kg.

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