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Química - 6ª Lista de Exercícios
PODER CALORÍFICO
Exercício EXEMPLO 1
Certo carvão apresenta a seguinte composição percentual em peso : 
 
	carvão
	Carbono
	Hidrogênio
	Oxigênio
	Nitrogênio
	Enxofre
	Umidade
	Cinza
	% Peso 
	72%
	3,6%
	6,4%
	2,8%
	3,2%
	-
	12%
Estimar o PCS e o PCI desses carvões a partir dos calores de combustão das frações combustíveis e composição. Dados: 
a) Massas Atômicas : C = 12 , H = 1 , O = 16 , N = 14 , S = 32
b) calores de combustão: Carbono = - 96,7 kcal/mol 
 		 Hidrogênio = - 68,3 kcal/mol (H2Olíq. )
 Enxofre = - 72 kcal/mol
c) L = 586 kcal / kg
SOLUÇÃO : BC = 1kg = 1000g
Cálculos Preliminares :
	carvão
	Carbono
	Hidrogênio
	Oxigênio
	Nitrogênio
	Enxofre
	Umidade
	Cinza
	% Peso
	72%
	3,6%
	6,4%
	2,8%
	3,2%
	-
	12%
	m
	720 g
	36 g
	64 g
	28 g
	32 g
	-
	120 g
	M
	12 g / Mol
	2 g / Mol
	32 g / Mol
	28 g / Mol
	32 g / Mol
	18 g / Mol
	-
	n
	60 mol
	18 mol
	2 mol
	1 mol
	1 mol
	-
	-
2) cálculos Estequiométricos e Energéticos
a) C + O2 ((( CO2 + 96,7 kcal / mol então : Q C = 60 x 96,7 = 5802 kcal / kg
- A presença de Oxigênio no combustível diminui a quantidade de calor liberado . 
- Admite-se que parte do Hidrogênio do combustível ( denominado , hidrogênio combinado) reagiu com Oxigênio do combustível resultando Água do hidrogênio combinado e impossibilitando a obtenção da energia da combustão desse Hidrogênio (hidrogênio combinado) .O restante do Hidrogênio do combustível ( denominado , hidrogênio livre) continua disponível para a queima . 
- Podemos então calcular:
n H2,combinado = 2 . n O2,combustível = 2 . 2mol = 4 mol
n H2.livre = n H2.total - n H2.combinado = 18 mol - 4 mol = 14 mol
b) H2 + 1/2 O2 (( H2O (l). + 68,3 kcal/mol então : QH2 = 14 x 68,3 = 956,2 kcal / kg
c) S + O2 (( SO2 + 72 kcal/mol então : QS = 72 kcal / kg
d) Cálculo do PCS e PCI
6830,2 kcal / kg
PCS = 5802 + 956,2 + 72 =
PCI = PCS - m L ; m = massa total de H2O nos produtos de combustão.
Como n H2.total = n H2O total = 18 mol
n H2O fumos = n H2O total + n H2Oumidade = 18 + zero = 18 mol
m = n.M = 18 . 18 = 324 g = 0,324 kg 
PCI = 6830,2 - 0,324 x 586
 6640,3 kcal / kg
PCI = 6830,2 - 189,9 =
Exercício EXEMPLO 2
Certo carvão apresenta a seguinte composição percentual em peso : 
 
	Carvão
	Carbono
	Hidrogênio
	Oxigênio
	Nitrogênio
	Enxofre
	Umidade
	Cinza
	% Peso 
	72%
	3,6%
	6,4%
	2,8%
	3,2%
	9%
	3%
Estimar o PCS e o PCI desses carvões a partir dos calores de combustão das frações combustíveis e composição. Dados: 
a) Massas Atômicas : C = 12 , H = 1 , O = 16 , N = 14 , S = 32
b) calores de combustão: Carbono = - 96,7 kcal/mol 
 		 Hidrogênio = - 68,3 kcal/mol (H2Olíq. )
 Enxofre = - 72 kcal/mol
c) L = 586 kcal / kg
SOLUÇÃO : BC = 1kg = 1000g
Cálculos Preliminares :
	carvão
	Carbono
	Hidrogênio
	Oxigênio
	Nitrogênio
	Enxofre
	Umidade
	Cinza
	% Peso
	72%
	3,6%
	6,4%
	2,8%
	3,2%
	9%
	3%
	m
	720 g
	36 g
	64 g
	28 g
	32 g
	90 g
	30 g
	M
	12 g / Mol
	2 g / Mol
	32 g / Mol
	28 g / Mol
	32 g / Mol
	18 g / Mol
	-
	n
	60 mol
	18 mol
	2 mol
	1 mol
	1 mol
	5 mol
	-
2) Cálculos Estequiométricos e Energéticos
a) C + O2 ((( CO2 + 96,7 kcal / mol então : Q C = 60 x 96,7 = 5802 kcal / kg
n H2,combinado = 2 . n O2,combustível = 2 . 2mol = 4 mol
n H2.livre = n H2.total - n H2.combinado = 18 mol - 4 mol = 14 mol
b) H2 + 1/2 O2 (( H2O (l). + 68,3 kcal/mol então : QH2 = 14 x 68,3 = 956,2 kcal / kg
 
c) S + O2 (( SO2 + 72 kcal/mol então : QS = 72 kcal / kg
d) Cálculo do PCS e PCI
6830,2 kcal / kg
PCS = 5802 + 956,2 + 72 =
PCI = PCS - m L ; m = massa total de H2O nos produtos de combustão.
PCI = PCS - m L ; m = massa total de H2O nos produtos de combustão.
Como n H2.total = n H2O total = 18 mol
n H2O fumos = n H2O total + n H2Oumidade = 18 + 5 = 23 mol
m = n.M = 23 . 18 = 414 g = 0,414 kg 
PCI = 6830,2 - 0,414 x 586
 6587,6 kcal / kg
PCI = 6830,2 - 189,9 =
Exercício EXEMPLO 3
Através da análise dos dados dos combustíveis “Carvão 1” e “Carvão 2”:
	
	Carbono
	Hidrogênio
	Oxigênio 
	Nitrogênio
	Umidade 
	Cinza
	“Carvão 1” 
	72,9%
	6,3%
	4,0%
	3,5%
	3,6%
	9,7%
	“Carvão 2”: 
	72,9%
	6,3%
	2,0%
	4,2%
	3,6%
	11%
*composição percentual em peso
Qual deles possui maior PCS ?
Solução : 
Como as quantidades de Carbono e Hidrogênio nos dois Combustíveis são iguais a avaliação é feita através do Oxigênio presente no combustível . Quando maior a quantidade de Oxigênio presente no combustível , menor o PCS .
Resposta : possui maior PCS o Carvão 2 .
Exercício EXEMPLO 4
Através da análise dos dados dos combustíveis “Carvão 1” e “Carvão 3”:
	
	Carbono
	Hidrogênio
	Oxigênio 
	Nitrogênio
	Umidade 
	Cinza
	“Carvão 1” 
	72,9%
	6,3%
	4,0%
	3,5%
	3,6%
	9,7%
	“Carvão 3”: 
	72,9%
	6,3%
	4,0%
	4,2%
	1,6%
	11%
*composição percentual em peso
Qual deles possui maior PCI?
Solução : 
Como as quantidades de Carbono , Hidrogênio e Oxigênio nos dois Combustíveis são iguais a avaliação é feita através da Água presente nos Fumos . Quando maior a quantidade de Água presente nos Fumos , menor o PCI .
Resposta : possui maior PCI o Carvão 3 .
EXERCÍCIOS 
1) Calcular o PCS e PCI de um combustível líquido que apresenta a seguinte composição percentual em massa :
Carbono = 37,5% ; Hidrogênio = 12,5% ; Oxigênio = 50% , sendo dados :
a) Massas atômicas : C - 12 ; H = 1 ; O = 16 b) Calor Latente de Vaporização : L = 586 kcal / kg
c) Calores de Combustão : Carbono = 94 kcal / mol ; Hidrogênio = 58 kcal / mol ( H2O vapor )
2) Calcular o PCS e PCI do combustível gasoso que apresenta a seguinte composição percentual em volume :
C2H6 = 40% ; CO = 25% ; C3H8 = 35% , sendo dados :
a) Massas atômicas : C - 12 ; H = 1 ; O = 16 b) Calor Latente de Vaporização : L = 586 kcal / kg
c) Calores de Combustão : 
 CO = 67,64 kcal / mol ; C2H6 = 372,82 kcal / mol ( H2O líquido ) ; C3H8 = 530,60 kcal / mol ( H2O líquido )
3) Um carvão apresenta a seguinte composição percentual em massa :
Carbono = 70% ; Hidrogênio = 6% ; Oxigênio = 4% : Enxofre = 5% ; Umidade = 2% ; cinza = 10%
Calcular o PCS e PCI do combustível , sendo dados :
a) Massas atômicas : C - 12 ; H = 1 ; O = 16 ; N = 14 ; S = 32 b) Calor Latente de Vaporização : L = 586 kcal / kg
c) Calores de Combustão : 
Carbono = 94 kcal / mol ; Hidrogênio = 68 kcal / mol ( H2O líquido ) ; Enxofre = 74 kcal / mol
Exercício resolvido
Um GLP possui a seguinte composição volumétrica: 60% C3 H8 e 40% C4 H10 . São dados: 
a) Calor latente de condensação da água: L = 586 kcal / kg.
b) os calores de combustão do propano e do butanopara H2O resultante no estado de vapor ( tabela abaixo )
	Propano
	C3 H8
	gás
	488,50 kcal / mol
	n - Butano
	C4 H10
	gás
	635,38 kcal / mol
Pede-se : I - Estimar o PCS e PCI do GLP 
1) Cálculos Preliminares : BC = 1 m3
	
	C3H8
	C4 H10
	% ( em volume )
	60%
	40%
	V (L)
	600 L
	400 L
	V mol (CNTP)
	22,4 L / mol
	22,4 L / mol
	n
	26,8 mol 
	17,86 mol 
2) Cálculos Estequiométricos e Energéticos
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	1 C3 H8
	+
	5 O2
	(
	3 CO2
	+
	4 H2O (v)
	
	+ 488,50 kcal / mol
	1 mol
	
	5 mol
	 
	
	
	4 mol
	
	 488,50 kcal
	26,8 mol / h
	
	X
	
	
	
	Y
	
	 Z
X = 134 mol de O2 ; y = 107,2 mol de H2O ; Z = 13091,8 Kcal
 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	1 C4H10 
	+
	13/2 O2
	(
	4 CO2
	+
	5 H2O (v)
	
	+ 635,38 kcal / mol
	1 mol
	
	6,5 mol
	 
	
	
	5 mol
	
	 635,38 kcal
	17,86 mol / h
	
	X
	
	
	
	Y
	
	 Z
	
 PCI = 24 431 kg/Nm3
 
		
Em 1000 L da mistura: 600 L são propano e 400 L são butano, portanto, os números de mols são, respectivamente:
 
 = 
 = 26,785 e 
 = 
 = 17,857
Na queima completa de 1 mol de C3H8 e 1 mol de C4H10 , resultam respectivamente 4 e 5 mols de H2O. Assim, o número de mols de H2O provenientes da combustão de 1m3 da mistura, será: 
n(H2O) = 26,785 x 4 + 5 x l7,857 = 196,425 mols, 
e a massa de H2O : m (H 2O) = 18 x 196, 425 = 3535,65 g ,
à qual corresponde a quantidade de calor: Q2 = 0,586 x 3535,65 = 2071,89 kcal/m3
 PCS = 24431 + 2071,9 = 26 502,9 kcal / Nm3
Portanto, 
 Pelas equações de combustão observa-se que as quantidades teóricas para a combustão completa de 1 mol de cada um dos componentes da mistura C3H8 e C4H10 são respectivamente 5 moles e 6,5 moles de O2. Portanto a quantidade total de oxigênio requerida é :
 VO2 = 5 x 600 + 6,5 x 400 = 5600 litros
 VO2 = 5,6 m3 nas CNTP 
U N I V E R S I D A D E S A N T A C E C Í L I A
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