Responde Aí
Acesse com GoogleAcesse com AppleAcesse com Facebook

Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 16.Problemas - Ex. 37

Propano líquido ( C 3 H 8 ) entra em uma câmara de combustão a 25   ° C a uma taxa de 1,2   k g / m i n , onde é misturado e queimado com 150 % de excesso de ar que entra na câmara de combustão a 12   ° C . Considerando que os gases de combustão consistem em C O 2 , H 2 O , C O , O 2 e N 2 que saem a 1.200   K e 2   a t m , determine (a) a composição de equilíbrio dos gases do produto e (b) a taxa de transferência de calor da câmara de combustão. É razoável desprezar a presença de N O nos gases do produto?

Passo 1

Diz aê, tudo bem? Nesse problema precisamos determinar a composição de equilíbrio dos gases do produto e a taxa de transferência de calor da câmara de combustão.

(a) Aqui faremos da seguinte maneira:

Considerando 1   k m o l de C 3 H 8 , a equação de combustão estequiométrica pode ser escrita como,

C 3 H 8 l + a O 2 + 3,76 N 2   ⇌   3 C O 2 + 4 H 2 O + 3,76 a N 2

onde " a " é o coeficiente estequiométrico e é determinado a partir do balanço de O 2

2,5 a = 3 + 2 + 1,5 a   →   a = 5

Em seguida, a equação de combustão real com excesso de ar de 150 % e um pouco de C O nos produtos pode ser escrita como,

C 3 H 8 l + 12,5 O 2 + 3,76 N 2   ⇌   x C O 2 + 3 - x C O + 9 - 0,5 x O 2 + 4 H 2 O + 47 N 2

Após a combustão, não haverá C 3 H 8 presente na câmara de combustão e o H 2 O atuará como um gás inerte. A equação de equilíbrio entre C O 2 , C O e O 2 pode ser expressa como,

C O 2 ⇌ C O + 1 2 O 2 , onde ν C O = 1 ,     ν O 2 = 1 2   e     ν C O 2 = 1

Agora relacionamos com a constante de equilíbrio:

K p = N C O v C O N O 2 v O 2 N C O 2 v C O 2 P N t o t a l ( v C O + v O 2 - v C O 2 )

Onde, N t o t a l = x + 3 - x + 9 - 0,5 x + 4 + 47 = 63 - 0,5 x

Logo, temos:

Da Tabela A- 28 , l n K p = - 17 , 871 a 1200   K . Assim, K p = 1,73 × 10 - 8 . Substituindo na equação da constante de equilíbrio,

1,73 × 10 - 8 = 3 - x 9 - 0,5 x 0,5 x 2 63 - 0,5 x ( 1,5 - 1 )

x = 2,9999999 ≅ 3

Então a equação de combustão pode ser expressa como:

C 3 H 8 l + 12,5 O 2 + 3,76 N 2   ⇌   3 C O 2 + 3 - 3 C O + 9 - 0,5 ⋅ 3 O 2 + 4 H 2 O + 47 N 2

C 3 H 8 l + 12,5 O 2 + 3,76 N 2   ⇌   3 C O 2 + 7,5 O 2 + 4 H 2 O + 47 N 2

E a composição de equilíbrio:

3 C O 2 + 7,5 O 2 + 4 H 2 O + 47 N 2

Passo 2

(b) A transferência de calor para este processo de combustão é determinada a partir do balanço energético de fluxo constante:

- Q s a i = ∑ N P h - ° f + h - - h - ° P - ∑ N R h - ° f + h - - h - ° R

Supondo que o ar e os produtos de combustão sejam gases ideais, temos h = h ( T ) . De acordo com as Tabelas, h - ° f do propano líquido é obtida adicionando a h f g a 25 ° C à h - ° f de propano gasoso. Então temos

- Q s a i = 3 - 393,520 + 53,848 - 9364 + 4 ( - 241,820 + 44,380 - 9904 )

                                + 7,5 0 + 38,447 - 8682 + 47 ( 0 + 36,777 - 8669 )

                                - 1 - 118,910 + h 298 - h 298 - 12,5 ( 0 + 8296,5 - 8682 )

                                - 47 0 + 8186,5 - 8669

Q s a i = 185764     k J / k m o l   d e   C 3 H 8

A vazão mássica de C 3 H 8 pode ser expressa em termos dos números molares como,

N ˙ = m ˙ M = 12 44 = 0,02727   k m o l / m i n

Por fim, a taxa de transferência de calor é:

Q ˙ s a i = N ˙ × Q s a i = 0,02727 185764 = 5066   k J / m i n

A constante de equilíbrio para a reação 1 2 N 2 + 1 2 O 2   ⇌   N O é l n K p = - 7,569 , o que é muito pequeno. Isso indica que a quantidade de N O formada durante esse processo será muito pequena e pode ser desconsiderada.

Resposta

(a)   3 C O 2 + 7,5 O 2 + 4 H 2 O + 47 N 2

(b)   Q ˙ s a i = N ˙ × Q s a i = 0,02727 185764 = 5066   k J / m i n

A quantidade de N O formada durante esse processo será muito pequena e pode ser desconsiderada.

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Uma mistura de 2m o l s de C O , 2m o l s de O 2 e 6m o l s de N 2 é aquecida até 4.320R a uma pressão de 3a t m . Determine a composição de equilíbrio da mistura.
Usando os dados da função de Gibbs, determine a constante de equilíbrio K p do processo de dissociação C O 2 ⇌ C O + 1 2 O 2 a (a) 298K e (b) 1.800K . Compare seus resultados com os valores de K p lis
Para gases ideais, o desenvolvimento dos calores específicos a uma pressão constante resulta em ∂ u ∂ v T = 0 Prove isso usando as definições de pressão e temperatura, T = ∂ u ∂ s v e P = - ∂ u ∂ v s
Para gases ideais, o desenvolvimento dos calores específicos a uma pressão constante resulta em ∂ h ∂ P T = 0 Prove isso usando as definições de pressão e temperatura, T = ∂ u ∂ s v e P = - ∂ u ∂ v s
103. Um recipiente bem isolado (mostrado na Fig. P 7 – 103 E ) está inicialmente evacuado. A linha de fornecimento contém ar a 200p s i a e 100° F . A válvula é então aberta até que a pressão no recip