Para sistemas de combustão que NÃO envolvem troca de trabalho (desprezando energia cinética e potencial):
O gás natural (metano) é queimado com ar na razão estequiométrica. Os reagentes são fornecidos nas condições de referência
e
. Os produtos saem do queimador a 800 K . Admitindo que o queimador deva fornecer 10 kW , calcule a vazão de gás natural em
.
O gás natural (metano) é queimado com ar na razão estequiométrica. Os reagentes são fornecidos nas condições de referência
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de combustão juntos! A questão fala sobre a queima de gás natural (metano) com ar na razão estequiométrica, ou seja, a quantidade exata de ar para queimar todo o combustível sem sobrar nem faltar. A gente precisa calcular a vazão de gás natural em kg/h para que o queimador forneça 10 kW de energia. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica e equilíbrio estequiométrico.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da combustão do metano ($ \mathrm{CH_4}
\mathrm{O_2}
\mathrm{CO_2}
\mathrm{H_2O} $):
Passo 3
Como estamos usando ar como fonte de oxigênio, sabemos que o ar é aproximadamente 21% de $ \mathrm{O_2} $ e 79% de $ \mathrm{N_2} $ em volume. Então, para cada mol de $ \mathrm{O_2} $, temos cerca de 3,76 mols de $ \mathrm{N_2} $ ($ \frac{0.79}{0.21} \approx 3,76 $).
Passo 4
Vamos calcular a quantidade de ar necessária para queimar 1 mol de metano. Da equação balanceada, precisamos de 2 mols de $ \mathrm{O_2} $, o que equivale a $ 2 \times (1 + 3,76) = 9,52 $ mols de ar para cada mol de $ \mathrm{CH_4} $.
Passo 5
Agora, vamos considerar a energia liberada pela queima do metano. O poder calorífico do metano ($ \mathrm{CH_4} $) é aproximadamente 50 MJ/kg. Precisamos fornecer 10 kW, que é 10 kJ/s. Vamos converter isso para MJ/h:
Passo 6
Com 36 MJ/h necessários e sabendo que cada kg de metano libera 50 MJ, a massa de metano necessária por hora é:
Passo 7
Portanto, a vazão de gás natural necessária para que o queimador forneça 10 kW é de aproximadamente 0,72 kg/h.
Resposta
A vazão de gás natural necessária é de aproximadamente 0,72 kg/h.