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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARPrograma de Ps-Graduao em Engenharia MecnicaIntroduo a Combusto ITEC 018040Prof. Manoel Fernandes Martins Nogueira1 Semestre 2014

2 Lista de Exerccios1. Para a reao de equilbrio CO2 CO + O2, a 10 atm e 3000K as fraes molares no equilbrio de uma dada mistura de CO2, CO e O2 so 0,6783, 0,2144 e 0,1072, respectivamente. Determine a constante de equilibro Kp para esta situao. Se a temperatura aumentar em 500K, o que acontecer com as fraes molares de CO2 e CO quando comparado com a condio inicial? E se a temperatura diminuir em 500 K, o que acontecer com as mesmas concentraes comparado a condio inicial? 2. Um kmol de monxido de carbono (CO) reage com a quantidade terica de ar0,5 kmol de O2 para gerar uma mistura em equilbrio de CO2, CO, O2 e N2, a 2500K e 1 atm. Determine a composio de equilbrio em termos de fraes molares. Monte um grfico com a variao da frao molar das trs espcies com a variao da presso de 1 a 50 atm.

3. Gs metano (CH4) a 25C e 1 atm entra em um reator que opera em regime permanente e queima com 80% de ar terico, que entra a 227C e 1 atm. Uma mistura em equilbrio de CO2, CO, H2O(g), H2 e N2 sai a 1427C e 1 atm (ver a figura abaixo). Determine, por kmol de metano de entrada: a) a composio da mistura de sada.b) a transferncia de calor entre o reator e a vizinhana, em kJ.c) se a presso no reator for aumentada para 10 atm, o que muda nos resultados obtidos inicialmente?

Obs: ignorar os efeitos das energias cintica e potencial.

Fig.1 Reator descrito na questo de nmero 3.

Tab. 1 Logaritmos em base 10 das constantes de equilbrio K para a reao CO + O2 CO2CO2 + H2 CO + H2O

Temperatura (K)log10 Kp

298-45,066

500-25,025

1000-10,221

1700-4,169

2000-2,884

2500-1,44

3000-0,485

SOLUO QUESTO 1:Dados: T = 3000K P = 10 atmXCO2 = 0,6783 XCO = 0,2144XO2 = 0,1072Ora, Kp dado pela seguinte expresso:

Para T = 3500KEnergia livre de Gibbs:

kJ/kmolAssim:

Pela conservao de elementos:

Assim:

Alm disso, a somatria das fraes molares igual a unidade, ou seja:

O que indica que:

Tem-se ento:

Encontra-se:

De semelhante modo, mas para T = 2500K, encontra-se: Kp = 0,0363

SOLUO QUESTO 2:Dados:T = 2500KP = [1 50] atm

Aplicando a conservao de tomos, tem-se:

Sendo z a quantidade de CO, em kmol, presente na mistura.O nmero total de mols (n) do produto em equilbrio :

A anlise molar da mistura em equilbrio :

No equilbrio, a tendncia de CO e O2 formarem CO2 exatamente balanceada pela tendncia de CO2 formar CO e O2. Tem-se, portanto, CO2 CO + O2. Em consequncia, tem-se a seguinte equao:

A 2500K, log10Kp = -1, 44. Assim, Kp = 0,0363. Substituindo esse valor na equao acima, tem-se:

a) Quando p = 1 atm, tem-se:

Efetuando os clculos da eq. acima, encontra-se o resultado de z = 0,129. Assim, as fraes molares tornam-se:

b) Quando p = 10 atm, tem-se:

Onde se obtm z = 0,062. Assim, as fraes molares tornam-se:

E assim por diante. Variando-se a presso at 50 atm, tem-se:

SOLUO QUESTO 3:

Dados: T1 = 25C = 298K T2 = 227C = 500K T3 = 1700K P1 = 1 atm P2 = 1 atm P3 = 1 atm

a) Equao:

Nmero total de mols (n) na mistura:

No equilbrio, tem-se CO2 + H2 CO + H2O . A constante de equilbrio :

A 1700K, a tab. 1 indica que log10Kp = 0,530, o que resulta em Kp = 3,3884. Resolvendo a equao acima, encontra-se x = 0,567. Assim, a frao molar de cada espcie na mistura em kmol de CH4 no equilbrio :

b) Em regime permanente, o balano de energia no reator :

Assim:

O que resulta em:

Se a presso no reator for aumentada para 10 atm:

Ou seja, a variao da presso no modifica os resultados.