Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 102
Uma mistura de 40% em volume de metano (CH4) e 60% em volume de propano (C3H8 ) é completamente queimada com ar teórico, saindo a 100 °C da câmara de combustão em que acontece o processo. Os produtos têm pressão de 100kPa e são resfriados a uma pressão constante até 39 °C. Faça um esquema do diagrama T-s do vapor de água que não se condensa (caso ele exista). Quanto da água formada durante o processo de combustão será condensa-
da, em kmol de H2O/kmol de combustível?
Passo 1
Entendendo o problema:
A questão trata da combustão de uma mistura de metano e propano, com composição conhecida. A composição do ar é teórica. O problema pede a quantidade de água que é formada durante a combustão, que se condensa.
A combustão é completa. Os produtos obtidos do processo são 
. A massa molar desses compostos é obtida da Tabela A-1 do livro. A equação de combustão pode ser escrita como:
os coeficientes a,b,d e f são obtidos através dos seguintes balanços de massa:
- Carbono :
- Hidrogênio:
- Oxigênio:
- Nitrogênio:
e portanto, a equação de combustão balanceada é dada por
Passo 2
Calculando a quantidade de água condensada:
De posse da equação de combustão balanceada, é possível obter a fração molar do vapor d’água nos produtos, pela razão entre o número de mols da água e o número de mols total do produto. Assim:
A pressão parcial do vapor d´água é calculada pelo produto da fração molar obtida pela pressão dos produtos informada pelo enunciado. Portanto:
Para este valor de pressão parcial obtida, a temperatura do ponto de orvalho correspondente é de 
Uma vez que os produtos são resfriados até 39°C, consultamos os dados tabelados para obter a pressão do vapor d’água que ainda permanece a esta temperatura, que é o valor de pressão de saturação a 39°C. Esse valor de pressão é 
. De posse deste valor de pressão, é possível então calcular a quantidade de mols da água em forma de vapor que ainda permanece nessa temperatura. Assim:
Então, a quantidade de mols de água que se condensa é dada pelo total subtraído da quantidade que ainda permanece sob a forma de vapor. Logo:
Passo 3
Diagrama T-s:
O diagrama t-s é mostrado na Figura 1. O estado 1 é o estado inicial com todas as espécies do problema em forma de vapor superaquecido. A combustão ocorre, à pressão constante, e a saída da câmara é representada pelo estado 2. A pressão de saturação é o valor de pressão de 16,25 kPa dado no enunciado. Após o resfriamento do produto, com a diminuição da temperatura a pressão cai até aproximadamente 7,0 kPa, como mostrado no estado 3 que representa os produtos após o resfriamento.
Figura 1: Diagrama T-s mostrando os estados antes e pós combustão, além do estado após o resfriamento dos produtos
Resposta
Resposta: 1,96