Uma mistura gasosa de n-butano e metanol apresenta análise em massa de de n-butano e de metanol . Determine o poder calorífico superior da mistura combustível em por .
Passo 1
Faaala, pessoal! Diz aí: vocês sabem o que é determinar o poder calorífico superior?
É calcular a energia liberada pela combustão completa do combustível, quando ele reage com oxigênio puro a e gera produtos a ! O cálculo do poder calorífico superior é feito considerando que a combustão gera apenas líquido. A fórmula se encontar abaixo.
onde é o somatório das entalpias dos produtos. é o somatório das entalpias dos reagentes.
é o poder calorífico do combustível em por . Nós podemos calcular direto, porque a composição do combustível foi dada em base mássica (porcentagem de massa)!
Como a gente não vai precisar calcular o poder calorífico superior em por primeiro pra só depois achar , nosso trabalho vai ficar muito menor!
Vamos iniciar as contas, calculando as vazões molares e dos produtos e reagentes!
Passo 2
Pra achar as vazões molares, precisamos escrever a equação de combustão para uma vazão mássica total de do gás combustível composto de , .
Consideramos que de gás está reagindo, porque a composição da mistura combustível é dada em porcentagens de massa! Veremos como essa escolha vai facilitar nossa vida!
onde , , , e são os coeficientes estequiométricos da combustão.
é a vazão molar de , é a vazão molar de , é a vazão molar de , é a vazão molar de e é a vazão molar de . Pra achar a vazão molar de , achamos a vazão mássica de , multiplicando pelos de do combustível!
Dividindo esse valor pela massa molar de , que vale , encontramos a vazão molar de !
Usamos o mesmo método pra determinar a vazão de . Primeiro, achamos a vazão mássica , multiplicando a vazão total de de combustível pela porcentagem de presente no gás.
Depois, dividimos essa vazão mássica pela massa molar pra achar o valor da vazão molar de . vale .
Os outros coeficientes são encontrados, fazendo o balanço químico da equação de combustão.
Faremos o balanço no próximo passo!
Passo 3
Encontramos o coeficiente , através do balanço de carbono . Os de carbono dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
Além disso, o coeficiente é encontrado através do balanço de hidrogênio . Os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
Por fim, achamos o coeficiente por meio do balanço de . A equação desse balanço se encontra abaixo.
Uhuuul! Achamos as vazões molares! Agora só falta achar as entalpias pra calcular os somatórios e o poder calorífico!
Passo 4
As entalpias precisam ser encontradas pra gente poder encontrar os valores dos somatórios!
A entalpia das substâncias é a soma entre a entalpia de formação e a diferença de entalpia .
é a diferença entre a entalpia da substância e a entalpia que ela teria caso estivesse a . Como os reagentes e produtos se encontram a nessa combustão, os dos reagentes e produtos valem zero. Logo todas as entalpias são iguais às entalpias de formação.
A entalpia de formação de vale zero, porque ele é uma substância quimicamente mais estável. A entalpia de formação do , de , de e pode ser encontrada na tabela de entalpias de formação. Mas atenção! Devemos pegar a entalpia de formação da água líquida, porque o enunciado quer o poder calorífico superior da combustão !
Com esses dados em mãos, podemos determinar os valores dos somatórios de entalpias!
Passo 5
O somatório das entalpias dos reagentes é:
Já o somatório das entalpias dos produtos vale:
Substituindo esse valores na equação de :
Os tracinhos ao lado indicam que temos que calcular o módulo. Ou seja, esses tracinhos indicam que queremos saber o valor que está dentro! Sem o sinal!
Como é o calor liberado por de combustível queimado, a unidade do é .
Booooa, pessoal! Calculamos o que o enunciado nos pediu!