Um queimador é alimentado com mistura estequiométrica de hidrogênio e oxigênio puros. Sabendo que a temperatura e a pressão da mistura reagente na seção de alimentação do queimador são iguais a e , determine a temperatura adiabática da chama produzida nesse queimador.
Passo 1
Faaala, pessoal! Para entender melhor o que o exercício pede, temos que determinar os reagentes e produtos dessa combustão. O enunciado diz que reage com o puro. Logo, os reagentes são e . Além disso, o enunciado diz que a combustão é completa e sem excesso de. Logo, apenas é o produto da combustão!
onde e são os coeficientes estequiométricos da equação de combustão.
Esses coeficientes são as vazões molares de cada substância. Como esse é um exercício pra achar a temperatura adiabática de chama , nós escrevemos a equação para de . Pra achar temperatura , temos que descobrir a entalpia total dos produtos abaixo!
é a vazão molar de . é a entalpia específica em base molar de .
O problema é: como podemos descobrir a entalpia total do produto, se nós não sabemos quanto vale a temperatura do produto?
Nós podemos calcular isso, lembrando que, quando os produtos estão a temperatura adiabática de chama, eles mantiveram toda a entalpia dos reagentes na entalpia dos produtos! Em outras palavras, a soma das entalpias dos produtos é igual à soma das entalpias dos reagentes .
Como temos a temperatura e pressão dos reagentes, podemos calcular a soma das entalpias dos reagentes que é igual à soma das entalpias dos produtos.
Depois de saber de tudo isso, podemos começar o exercício!
Passo 2
A soma das entalpias dos reagentes é a soma das entalpias de e como mostrado abaixo.
e são as vazões molares de e . e são as entalpias específicas em base molar de e .
Como foi dito antes, vamos considerar que a vazão molar do combustível vale , porque estamos interessados em determinar a temperatura adiabática de chama .
Pra achar as outras vazões molares e , vamos precisar achar os coeficientes estequiométricos e . Esses coeficientes são encontrados, fazendo o balanço químico da equação de combustão.
Achamos pelo balanço de hidrogênio . Em outras palavras, os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
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!
Passo 3
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 se encontram a nessa combustão, os dos reagentes valem zero. Logo todas as entalpias dos reagentes são iguais às entalpias de formação.
A entalpia de formação de e valem zero, porque os dois são substâncias quimicamente mais estáveis.
Com esses dados em mãos, podemos determinar os valores dos somatórios de entalpias!
O somatório das entalpias dos reagentes é:
Substituindo esse valor na equação do passo 1:
Eba! Achamos a entalpia total dos produtos! Mas como isso me ajuda a encontrar a temperatura adiabática de chama?
Veremos isso no próximo passo!
Passo 4
Para a gente achar a temperatura adiabática de chama através da entalpia total do produto, precisamos separar a entalpia do produto () na entalpia de formação e na diferença de entalpia ().
Como a temperatura adiabática de chama é muito alta, a água vai estar no estado de vapor nos produtos. Por isso, usaremos a entalpia de formação do vapor d’água.
O valor de depende da temperatura que ainda não foi descoberta. Substituindo o valor da entalpia de formação, encontramos o valor da diferença de entalpia .
Agora, a gente pode usar a tabela de e para descobrir quanto vale a temperatura adiabática de chama dos produtos. Temos que ver qual valor de temperatura faz ser igual a . Faremos isso no próximo passo!
Passo 5
Podemos ver pela tabela de que a temperatura adiabática de chama que faz ser igual a está entre e . Logo, pra achar , vamos interpolar a tabela!
Aeeeeee! Gostei de ver! Achamos rapidinho a temperatura adiabática de chama! Parabéns pra gente!