Metanol líquido é queimado com ar na proporção estequiométrica, ambos alimentados a PO e TO num processo a pressão constante. Os produtos saem do trocador a 900 K . Determine o calor transferido por kmol de combustível.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre a queima de metanol líquido com ar na proporção estequiométrica, ou seja, na quantidade exatamente necessária para queimá-lo completamente sem excesso de combustível ou de oxidante. Estamos lidando com termodinâmica, especificamente com o balanço de energia em um processo à pressão constante. Para resolver isso, vamos precisar equilibrar a equação de combustão, calcular as entalpias dos reagentes e produtos, e usar essas informações para determinar o calor transferido por kmol de combustível.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da combustão do metanol (CH₃OH) com o oxigênio do ar. A combustão completa do metanol produz dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O).
A equação balanceada fica assim:
Isso mostra que para cada 2 kmol de metanol, precisamos de 3 kmol de oxigênio para a combustão completa.
Passo 3
Como a queima ocorre na proporção estequiométrica e sob pressão constante, podemos usar o conceito de balanço de energia para sistemas a pressão constante, onde a variação da entalpia (
) é igual ao calor transferido (
).
A equação geral do balanço de energia é:
Passo 4
Agora, precisamos das entalpias de formação padrão (
) dos reagentes e produtos a 900 K. Supondo que temos esses valores (eles normalmente são obtidos de tabelas termodinâmicas):
-
da metanol líquida (CH₃OH) = valor kJ/kmol -
do oxigênio (O₂) = 0 kJ/kmol (elemento em estado padrão) -
do dióxido de carbono (CO₂) = valor kJ/kmol -
da água (H₂O) = valor kJ/kmol
Passo 5
Calculamos a entalpia dos reagentes e dos produtos usando os coeficientes da equação balanceada:
Passo 6
Subtraímos a entalpia dos reagentes da dos produtos para encontrar
:
Como
, simplificamos:
Passo 7
Finalmente, o calor transferido por kmol de combustível é dado por:
Resposta
O calor transferido por kmol de combustível é:
Para obter o valor numérico, substitua os valores das entalpias de formação na equação acima.