Poder Calorifico

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1ºsem / 2019 – Módulo Combustão: 4 – PODER CALORÍFICO 
 
Introdução 
 
Uma substância se encontra a 0 K (zero absoluto), portanto com ausência total de energia. Se 
receber energia, a maneira de manifestar a ocorrência é o aumento de sua temperatura, ou seja 
qualquer substância acima do 0 K possui energia diferente de zero. 
 
 
 
Numa reação de combustão observamos liberação de 
calor, ou seja o combustível e o oxigênio que reagem 
possuem mais energia que o gás carbônico e o vapor de 
água que se formam. 
 
 
 
 
Medindo o calor liberado ... 
Dois cilindros (A e B) fechados, com volumes iguais, contem quantidades iguais de combustível e 
ar. 
1ºExperimento: realizar a combustão com pistão travado 
 Cilindro A 
 
 
 
 
 
 
2ºExperimento: realizar a combustão com pistão livre 
 Cilindro B 
 
 
 
 
 
 
- A quantidade de energia nas misturas combustível e ar são iguais antes da combustão. 
- A quantidade de energia nas misturas CO2 e H2O(v) após a combustão são iguais. 
- O calor liberado a volume constante é maior porque na combustão a pressão constante uma 
parte da energia foi usada para realizar trabalho. 
U N I V E R S I D A D E S A N T A C E C Í L I A 
UNISANTA 
calor 
Energia 
 
Combustível + O2 
 
CO2 + H2O 
 
Caminho da reação 
 
2 
 
Poder Calorífico é definido com a quantidade de calor liberada na combustão de 1 Kg de 
combustível (sólido, líquido ou gasoso), ou 1m3 nas condições normais de temperatura e pressão 
(CNTP) para combustível gasoso, quando queimado completamente, saindo os fumos do sistema 
resfriados a temperatura igual a temperatura de entrada da mistura combustível. Distinguem-se: 
 
Poder Calorífico a pressão constante : 
 é o calor liberado na reação de combustão que se processa a pressão constante. 
 
Poder Calorífico a volume constante : 
é o calor liberado com a combustão se processando dentro de um recipiente de volume onstante. 
 
O Poder Calorífico a volume constante é maior que Poder Calorífico a pressão constante 
porque neste processo parte da energia desenvolvida é consumida no trabalho de expansão. 
 
Durante o estudo de Poder Calorífico usaremos o calor medido no processo a pressão constante, 
e referem-se a pressão de 1atm e temperatura de 25ºC. 
 
Cálculo do Poder Calorífico à pressão constante 
 
Exemplos: 
 
a) Poder Calorífico do Carbono 
 
1 C(s) + 1 O2(g)  1 CO2(g) + 94,1 kcal/mol (1atm e 25ºC) 
 
PCC = 94,1 
 
 
 . 
 
 
 
 
 
 = 7841,7 kcal / kg 
 
b) Poder Calorífico do Hidrogênio na transformação em Água líquida 
 
1 H2(g) + 
 
 
 O2(g)  1 H2O(líq) + 68,3 kcal/mol (1atm e 25ºC) 
 
PCH2,H2O líq = 68,3 
 
 
 . 
 
 
 
 
 
 = 34150 kcal / kg 
 
PCH2,H2O líq = 68,3 
 
 
 . 
 
 
 
 
 
 = 3049,1 kcal / Nm3 
 
c) Poder Calorífico do Hidrogênio na transformação em Água vapor 
 
1 H2(g) + 
 
 
 O2(g)  1 H2O(vapor) + 57,8 kcal/mol (1atm e 25ºC) 
 
PCH2,H2O vapor = 57,8 
 
 
 . 
 
 
 
 
 
 = 28900 kcal / kg 
 
PCH2,H2O vapor = 57,8 
 
 
 . 
 
 
 
 
 
 = 2580,4 kcal / Nm3 
 
Observação: a letra N identifica as condições normais de temperatura e pressão. (1atm e 0ºC) 
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PODER CALORÍFICO SUPERIOR (PCS) e PODER CALORÍFICO INFERIOR (PCI) 
 
Conforme o estado físico da água nos produtos de combustão, tem-se: 
 
PCS é o Poder Calorífico do combustível quando a água dos fumos é obtida no estado líquido. 
Aproveita-se a quantidade de calor de condensação da água. 
 
PCI é o Poder Calorífico do combustível quando a água dos fumos é obtida água no estado de 
vapor. Não aproveita a quantidade de calor de condensação da água ou perde-se a quantidade 
de calor de vaporização da água. 
 
A água total nos produtos da combustão inclui a água presente no combustível (umidade) e água 
formada na combustão do hidrogênio do combustível. 
 
 
Relação entre PCS e PCI 
 
Exemplo: combustão do gás propano (C3H8) 
 
A diferença: PCS - PCI = quantidade 
de calor de condensação (ou 
vaporização) da água é expressa por: 
Q = m.L, ou seja 
 
 
PCS - PCI = m L 
 
 
m = massa total de água nos fumos da combustão 
L = calor latente de condensação (ou vaporização) da água (586 kcal/kg) 
 
 
Observações: 
 
1) Expressão para o cálculo do calor latente de vaporização da água no intervalo de 0ºC a 40ºC em J/g 
 
 
 
2) Num combustível seco não hidrogenado, m = 0, portanto: PCS = PCI . 
 
3) Quando se fala em poder calorífico é importante especificar as condições sob as quais ele está sendo 
considerado (pressão, ou volume constantes, temperatura da reação), bem como características do combustível seco 
ou úmido, com ou sem cinza. 
 
 4) Na maioria dos casos na prática a água sai sob a forma de vapor (perde-se a quantidade de calor de 
condensação da água), a combustão se dá a pressão constante (parte da energia é consumida no trabalho de 
expansão dos gases) e os fumos saem aquecidos (perde-se calor sensível). 
 
4) Para favorecer a tiragem, torna-se vantajoso liberar os fumos aquecidos (perde-se calor sensível). 
 
5) A condensação da água nos produtos da combustão pode representar sério inconveniente, pois comumente 
possui gases dissolvidos que lhe outorgam atuação corrosiva. Por esse motivo os produtos da corrosão são 
muitas vezes mantidos acima do ponto de orvalho e assim descarregados para a atmosfera (perde-se o calor de 
condensação da água e calor sensível levado pelos produtos aquecidos). 
 
 
 
 
 
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Unidades de Poder Calorífico 
 
Combustíveis Métrica Inglesa Relações 
Sólidos, Líquidos e 
Gasosos 
 
 
Kcal / kg 
 
BTU / lb 1 BTU/lb = 0,555 kcal/kg 
 1 kcal/kg = 1,8 BTU/lb 
 
Gasosos 
 
 
Kcal / m
3
 
 
BTU / pe
3
 1 BTU/pe
3 
= 8,9 kcal/m
3 
 1 kcal/m
3
 = 0,112 BTU/pe
3
 
 
Embora menos frequentes são as vezes usadas unidades molares para referir o PC ...... kcal/mol e kcal/kmol 
 
 
Poder Calorífico 
 
 
 
 PCS PCS PCI PCI 
Composto Fórmula Estado Físico kcal/mol kcal/kg kcal/mol kcal/kg 
Hidrogênio H2 gás 68,32 33887 57,79 28669 
Carbono (grafite) C sólido 94,10 7831 
Monóxido de C CO gás 67,64 2415 
Carbono (amorfo) C sólido 96,70 8083 
Metano CH4 gás 212,80 13265 191,76 11954 
Etano C2H6 gás 372,82 12399 341,26 11350 
Propano C3 H8 gás 530,60 12034 488,50 11079 
Propano C3 H8 líq. 526,78 11947 484,70 10993 
n - Butano C4 H10 gás 687,98 11857 635,38 10932 
n - Butano C4 H10 líq. 682,84 11749 630,25 10844 
n - Pentano C5 H12 gás 845,16 11715 782,04 10840 
n - Pentano C5 H12 líq. 838,80 11626 775,68 10752 
n - Hexano C6 H14 gás 1.002,57 11635 928,93 10780 
n - Hexano C6 H14 líq. 995,01 11547 901,37 10692 
Benzeno C6H6 gás 789,08 10102 757,52 9968 
Benzeno C6H6 líq. 780,98 9998 749,42 9594 
Tolueno C7 H8 gás 943,58 10241 901,50 9784 
Tolueno C7 H8 líq. 943,50 10143 892,42 9686 
Etileno (etano) C2 H4 gás 337,23 12022 316,20 11272 
Propileno (propeno) C3 H6 gás 491,98 11692 460,12 10942 
Acetileno (etino) C2 H2 gás 310,62 11930 300,10 11526 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DO PODER CALORÍFICO 
 
É obtido ou estimado de diversas maneiras, como sejam: 
1) Mediante o emprego de calorímetros (de Junkers, de Berthelot - Mahler, bomba de Parr, etc). 
2) A partir do calor de formação das espécies químicas presentesna equação de combustão. 
3) A partir dos calores de combustão das frações combustíveis e composição do combustível. 
4) Por fórmulas empíricas. 
 
A tabela acima dá os calores de combustão de alguns hidrocarbonetos, considerando como produtos CO2 e H2O 
vapor ou líquido. Conhecendo-se a composição molar ou em massa das diversas frações combustíveis e 
multiplicando-as pelos respectivos calores de combustão, tem-se a quantidade liberada na queima de cada fração. A 
soma dessas diversas quantidades fornece o valor aproximado do poder calorífico. Quando o combustível tem 
umidade deve-se subtrair a quantidade de calor de vaporização da água correspondente, no cálculo do PCI. 
 
 
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Exercícios Resolvidos 
 
1) Um coque possui composição em massa: Carbono = 90% e cinza = 10%. Dados: 
a) Massa Molar: C = 12 g/mol; b) calor de combustão: C = 94 kcal/mol 
 
Resolução: BC = 1 kg (1000 g ) de coque 
 
constituinte % massa massa (g/kg) M (g/mol) nº de mols/kg 
carbono 90 900 12 75 
cinza 10 100 - - 
 
No exercício, a única fração combustível é o carbono: 
 
Equação de combustão: 
 
1 C + 1 O2 1 CO2 + 96,7 kcal/mol então: Q C = 75 x 94 = 7252 kcal/kg 
 
Tratando-se de combustível seco e não hidrogenado tem-se: 
 
 
 
2) Os carvões “A”, “B”, “C” e “D” apresentam respectivamente as seguintes composições porcentuais em massa: 
 
 
Constituintes % Massa ( carvões ) Massa (g) nº de mols 
BC = 1kg = 1000g A B C D MOL A B C D A B C D 
Carbono 72 72 72 72 12 720 720 720 720 60 60 60 60 
Hidrogênio 3,6 3,6 3,6 3,6 2 36 36 36 36 18 18 18 18 
Oxigênio 6,4 6,4 32 64 64 2 2 
Nitrogênio 2,8 2,8 2,8 2,8 28 28 28 28 28 1 1 1 1 
Enxofre 3,2 3,2 3,2 3,2 32 32 32 32 32 1 1 1 1 
Umidade 9 9 18 90 90 5 5 
Cinza 18,4 9,4 12 3 184 94 120 30 184 94 120 30 
 
Comparar o PCS e o PCI desses carvões. 
 
Resposta: Como os quatro combustíveis possuem a mesma concentração das frações que influem no poder 
calorífico (carbono, hidrogênio e enxofre) podemos compara-los em relação ao oxigênio e umidade. 
 
a) A presença de Oxigênio no combustível diminui o Poder Calorífico Superior, portanto: 
 
PCSA = PCSB > PCSC = PCSD 
 
b) A umidade influi apenas no PCI ou seja maior umidade menor PCI, portanto temos: 
 
PCIA > PCIB e PCIC > PCID 
 
Em B temos 90 g de Água que causam um prejuízo de 52,74 kcal. 
 
Q = 90 g . (1 kg/1000 g) . 586 kcal/kg = 52,74 kcal 
 
Em C temos 2 mol de Oxigênio que combinam com 4 mol de Hdrogênio, causando um prejuízo de 273,2 Kcal 
 
Q = 4 mol . 68,3 kcal/mol = 273,2 kcal 
 
Conclui-se portanto que: PCIB > PCIC 
 
PCS = PCI = 7252 kcal/kg 
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3) Dois combustíveis sólidos apresentam as seguintes quantidades em 1.000 gramas: 
 
 Carbono Hidrogênio Oxigênio Enxofre Cinza 
Combustível A 780 g 80 g 64 g 32 g 44 g 
Combustível B 780 g 80 g 80 g 32 g 28 g 
 
Responder: 
a) Qual é a função de cada elemento na combustão? 
b) Qual a composição qualitativa dos fumos se a combustão for realizada com oxigênio puro em excesso? 
c) Qual deles libertará maior quantidade de calor por unidade de massa? 
Justificar a resposta utilizando o conceito de “hidrogênio livre”. 
 
Respostas: 
a) O carbono e o hidrogênio são combustíveis principais e desejáveis, o oxigênio é indesejável pois combina-se com 
H2 reduzindo o teor de H2 livre para a combustão e o enxofre é combustível, mas é indesejável pois produz SO2 que 
é corrosivo e tóxico. 
 
b) Os fumos serão formados por CO2 , O2 , SO2 e CO (quantidade desprezível) 
 
c) Como ocorre igualdade de Carbono e Enxôfre nos combustíveis A e B e como o combustível A possui quantidade 
menor de oxigênio, apresenta maior teor de hidrogênio livre que B. Logo A libertará maior quantidade de calor. 
 
4) Pela análise e uso exclusivo dos dados: 
a) composição percentual em massa dos combustíveis “T” e “V” 
 
 Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Umidade Cinza 
“T” 72,9 6,3 4,0 3,5 3,6 9,7 
“V” 72,9 6,3 3,2 4,2 3,6 9,8 
 
b) Massa de cada combustível : 1 kg 
 
c) Massa atômicas: C = 12; H = 1; O = 16; N = 14 
 
Pergunta-se: 
a) Em qual deles a diferença ( PCS - PCI ) é maior? 
b) Qual deles possui maior PCS ? 
 
T Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Umidade Cinza 
% 72,9 6,3 4,0 3,5 3,6 9,7 
m 729g 63g 40g 35g 36g 97g 
M 12g/mol 2g/mol 32g/mol 28g/mol 18g/mol - 
n 60,75 mol 31,5 mol 1,25 mol 1,25 mol 2 mol - 
 
V Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Umidade Cinza 
% 72,9 6,3 3,2 4,2 3,6 9,8 
m 729g 63g 32g 42g 36g 98g 
M 12g/mol 2g/mol 32g/mol 28g/mol 18g/mol - 
n 60,75 mol 31,5 mol 1 mol 1,5 mol 2 mol - 
 
 
 T: 31,5 – 2 x 1,25 = 29 mol 
 H2 livre 
 V: 31,5 – 2 x 1 = 29,5 mol 
 
PCS = QC + QH2,livre , como QC de T e V são iguais e QH2,livre de V é maior (H2 livre de V é maior que de T), então 
 
PCS de V é maior que PCS de T 
 
PCS - PCI = mH2O . L , como as massas de água nos fumos é igual nos fumos de T e V então as diferenças entre 
 
(PCS – PCI) de V e T são iguais.. 
 
 
 
7 
 
5) Certo carvão apresenta a seguinte composição percentual em massa : 
 
carvão Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Enxofre Umidade Cinza 
%m 72% 3,6% 6,4% 2,8% 3,2% - 12% 
 
Estimar o PCS e o PCI desse carvão a partir dos calores de combustão e composição das 
frações combustíveis. Dados: 
a) Massas Atômicas : C = 12,0 , H = 1,0 , O = 16,0 , N = 14,0 , S = 32,0 
b) calor de combustão: Carbono = 94 kcal/mol ; Hidrogênio = 68,3 kcal/mol (H2Olíq) ; Enxofre = 72 kcal/mol 
c) L = 586 kcal/kg 
 
Cálculos Preliminares : 
 
BC = 1 kg Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Enxofre Umidade Cinza 
%m 72% 3,6% 6,4% 2,8% 3,2% - 12% 
m 720 g/kg 36 g/kg 64 g/kg 28 g/kg 32 g/kg - 120 g 
M 12 g/mol 2 g/mol 32 g/mol 28 g /mol 32 g/mol 18g/mol - 
n 60 mol/kg 18 mol/kg 2mol/kg 1 mol/kg 1 mol/kg - - 
 
Cálculos Estequiométricos e Energéticos 
 
a) 1 C + 1 O2  1 CO2 + 94 kcal/mol .......... então: Q C = 60 x 94 = 5640 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 . (2 mol/kg) = 4 mol/kg 
 
n H2.livre = n H2.total - n H2.combinado = 18 mol/kg - 4 mol/kg = 14 mol/kg 
 
b) 1 H2 + 1/2 O2  1 H2O(l) + 68,3 kcal/mol então: QH2,livre = 14 x 68,3 = 956,2 kcal/kg 
 
c) 1 S + 1 O2  1 SO2 + 72,0 kcal/mol então: QS = 1X 72 = 72 kcal/kg 
 
Cálculo do PCS 
 
PCS = QC + QH2,livre + QS = 5640 + 956,2 + 72 ……………… 
 
Cálculo do PCI 
 
PCI = PCS - m L ; m = massa de H2O nos fumos de combustão. 
 
Como a quantidade de H2,total do combustível, na combustão se transforma em H2O, temos: 
 
nH2,total = nH2O,combustão = 8 mol/kg 
 
n H2O fumos = n H2Ocombustão + n H2Oumidade = 18 + zero = 18 mol/kg 
 
m = n.M = (18mol/kg) . (18g/mol) = 324 g / kg = 0,324 kg/kg 
 
PCI = 6668,2 kcal/kg – (0,324kg/kg) x (586 kcal/kg) ……… 
 
PCS = 6668,2 kcal / kgPCI = 6478,3 kcal / kg 
8 
 
6) Certo carvão apresenta a seguinte composição percentual em massa : 
 
Carvão Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Enxofre Umidade Cinza 
%m 72% 3,6% 6,4% 2,8% 3,2% 9% 3% 
 
Estimar o PCS e o PCI desse carvão a partir dos calores de combustão e composição das 
frações combustíveis. Dados: 
a) Massas Atômicas : C = 12,0 , H = 1,0 , O = 16,0 , N = 14,0 , S = 32,0 
b) calores de combustão: Carbono = 94 kcal/mol ; Hidrogênio = 68,3 kcal/mol (H2Olíq) ; Enxofre = 72 kcal/mol 
c) L = 586 kcal/kg 
 
Cálculos Preliminares : 
 
BC = 1 kg Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Enxofre Umidade Cinza 
%m 72% 3,6% 6,4% 2,8% 3,2% 9% 12% 
m 720 g/kg 36 g/kg 64 g/kg 28 g/kg 32 g/kg 90 g/kg 120 g/kg 
M 12 g/mol 2 g/mol 32 g/mol 28 g /mol 32 g/mol 18 g/mol - 
n 60 mol/kg 18 mol/kg 2 mol/kg 1 mol/kg 1 mol/kg 5 mol/kg - 
 
Cálculos Estequiométricos e Energéticos 
 
a) 1 C + 1 O2  1 CO2 + 94 kcal/mol então: QC = 60 x 94 = 5640 kcal/kg 
 
- 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. 
 
 n H2,combinado = 2 . n O2,combustível = 2 . 2 mol/kg = 4 mol/kg 
 
 n H2.livre = n H2.total - n H2.combinado = 18 mol/kg - 4 mol/kg = 14 mol/kg 
 
b) 1 H2 + 1/2 O2  1 H2O(l) + 68,3 kcal/mol então: QH2,livre = 14 x 68,3 = 956,2 kcal/kg 
 
c) 1 S + 1 O2  1 SO2 + 72,0 kcal/mol então: QS = 72 kcal/kg 
 
 
Podemos então calcular: 
 
d) Cálculo do PCS e PCI 
 
PCS = QC + QH2,livre + QS = 5640 + 956,2 + 72 = 
 
Massa de H2O nos fumos de combustão. 
 
n H2.total = n H2O,combustão = 18 mol / kg 
 
n H2Ofumos = n H2Ocombustão + n H2Oumidade = 18 + 5 = 23 mol / kg 
 
m = n.M = 18 . 23 = 414 g / kg = 0,414 kg / kg 
 
PCI = PCS - m L ; m = massa de H2O nos fumos de combustão. 
 
PCI = 6668,2 kcal/kg - (0,414 kg / kg) x (586 kcal / kg) = 
6668,2 kcal/kg 
6425,6 kcal/kg 
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7) Dados para a questão: Composição dos Carvões 1,2 e 3 
 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% 
Carvão 3 72,9% 6,3% 4,0% 4,2% 1,6% 11% 
*composição percentual em massa 
 
a) Através dos dados dos combustíveis “Carvão 1” e “Carvão 2”, avalie qual 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. 
 
- 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. 
 
Quando maior a quantidade de Oxigênio presente no combustível, menor a quantidade de 
hidrogênio livre, portanto menor o PCS. 
 
Resposta: possui maior PCS o Carvão 2 . 
 
b) Através dos dados dos combustíveis “Carvão 2” e “Carvão 3”, avalie qual possui maior PCS ? 
Solução: 
A quantidade de Água presente nos Fumos não interfere no cálculo do PCS. 
Quando maior a quantidade de Oxigênio presente no combustível, menor a quantidade de 
hidrogênio livre, portanto menor o PCS. 
 
Resposta: possui maior PCS o Carvão 2 . 
 
c) Através da análise dos dados dos combustíveis “Carvão 1” e “Carvão 3”, qual deles possui 
maior PCI? 
Solução: 
 
Quando maior a quantidade de Água presente nos Fumos, menor o PCI . 
 
Resposta: possui maior PCI o Carvão 3 . 
 
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8) RESULTADOS DAS ANÁLISES DO GÁS NATURAL DA BOLÍVIA 
 N2 CO2 CH4 C2H6 C3H8 
% em 
volume 
2,01% 0,67% 89,15% 6,48% 1,69% 
 
Calcular o PCS e PCI do gás natural da Bolívia em Kcal/Kg. Dados: 
a) Calor Latente de Vaporização : L = 586 kcal/kg 
b) Calor de Combustão dos componentes do Gás Natural da Bolívia 
 Metano 
(CH4) 
Etano (C2H6) Propano (C3H8) 
Kcal / mol (H2O líquido) 212,80 372,82 530,60 
Massa Molar 16 g/mol 30 g/mol 44 g/mol 
 
Resolução: 
BC = 1 Nm
3 N2 CO2 CH4 C2H6 C3H8 
% em volume 2,01% 0,67% 89,15% 6,48% 1,69% 
volume 891,5 NL 64,8 NL 16,9 NL 
Volume molar 22,4NL/mol 22,4NL/mol 22,4NL/mol 22,4NL/mol 22,4NL/mol 
n 39,8 mol/Nm3 2,9 mol/Nm3 0,8 mol/Nm3 
 
PCS = (39,8 . 212,80) + (2,9 . 372,82) + (0,8 . 530,60) = 9975,1 kcal/Nm3 
 
1CH4 + 2 O2  1 CO2 + 2 H2O 
 
39,8 mol/Nm3 79,6 mol/Nm3 
 
1C2H6 + 7/2 O2  2 CO2 + 3 H2O 
 
2,9 mol/Nm3 8,7 mol/Nm3 
 
1C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O 
 
0,8 mol/Nm3 3,2 mol/Nm3 
_____________________________________________________________________________________________________________________ 
  = 91,5 mol/Nm3 
 
H2O(fumos) = H2O(combustão) + H2O(combustível) = 91,5 mol/Nm
3 + zero = 91,5 mol/Nm3 
 
mH2O,fumos= 91,5 mol/Nm
3. (18g/mol) . (1 kg/1000g) = 1,647 kg/Nm3 
 
PCI = 9975,1 – (1,647 . 586) = 9010,0 kcal/Nm3 
Mmédio = (0,0201 . 28) + (0,0067 . 44) + (0,8915 . 16) + (0,0648 . 30) + (0,0169 . 44) = 17,81 g/mol 
PCS = 9975,1 
 
 
 . (
 
 
) . (
 
 
) . (
 
 
) . (
 
 
) = 12545,9 kcal/kg 
PCI = 9014,1 
 
 
 . (
 
 
) . (
 
 
) . (
 
 
) . (
 
 
) = 11337,2 kcal/kg 
 
11 
 
9) Um GLP possui a seguinte composição volumétrica: 60% C3H8 e 40% C4H10 . São dados: 
a) Calor latente de condensação da água: L = 586 kcal / kg. 
b) os calores de combustão do propano e do butano para 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 
 
Estimar o PCS e PCI do GLP. 
 
a) Cálculos Preliminares : 
 
BC = 1 Nm
3
 de GLP C3H8 C4 H10 
% (em volume) 60% 40% 
V(L) 600 L/Nm
3
 400 L/Nm
3
 
V molar (CNTP) 22,4 L/mol 22,4 L/mol 
n 26,8 mol/Nm
3
 17,86 mol/Nm
3
 
 
b) Cálculos Estequiométricos e Energéticos 
 
1 C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O (v) + 488,50 kcal/mol 
 
 26,8 mol/Nm
3
 107,2 mol/Nm
3
 13091,8 Kcal/Nm
3
 
 
 1 C4H10 + 13/2 O2  4 CO2 + 5 H2O (v) + 635,38 kcal/mol 
 
 17,86 mol/Nm
3
 89,3 mol/Nm
3
 11347,9 Kcal/Nm
3
 
 
 
c) Cálculo do PCI 
 
Observe que o calor de combustão fornecido é obtido quando a água dos fumos está no estado 
de vapor, portanto o cálculo é iniciado com o PCI. 
PCI = QC3H8 + QC4H10 = 13091,8 + 11347,9 ................... PCI = 24 439,7 kcal/Nm
3
 
d) Cálculo da massa de H2O nos fumos na combustão completa de 1 Nm
3 de GLP 
n(H2O,fumos) = 107,2 + 89,3 = 196,5 mol / Nm
3
 
m(H2O,fumos) = (196,5 mol / Nm
3
) . (18 g/mol) . (1 kg/1000 g) = 3,537 kg / Nm
3
 
e) Cálculo do PCS 
PCS - PCI = m(H2O,fumos) . L ......... PCS = PCI + m(H2O,fumos) . L 
PCS = (24 439,7 kg/Nm
3
) + [(3,537kg/Nm
3
) . (586 kcal/kg)] …. PCS = 26512,4 kcal/Nm
3
 
 
1210) Este exercício é resolvido em duas partes, uma com informações C1 e outra com C2. 
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 = 12,0 ; H = 1,0 ; O = 16,0 
b) Calor Latente de Vaporização : L = 584,4 kcal/kg à 25ºC e 1 atm 
c1) Calores de Combustão : C = 94,05 kcal/mol ; H2 = 68,32 kcal/mol (H2O,líquido) 
c2) Calores de Combustão : C = 94,05 kcal/mol ; H2 = 57,80 kcal/mol (H2O,vapor) 
 
a) Cálculos Preliminares : 
 
BC = 1Kg C H2 02 
% em massa 37,5% 12,5% 50% 
Massa 375 g 125 g 500 g 
Massa molar 12 g/mol 2 g/mol 32 g/mol 
Nº de mols 31,250 mol/kg 62,500 mol/kg 15,625 mol/kg 
 
 
1º parte – C1 – Dados: Calor de combustão do C e do H2 para obter (H2Oliquido) 
Cálculo do H2,combinado: H2,combinado = 2 . 15,625 = 31,250 mol/kg 
Cálculo do H2,Iivre: H2,livre = 62,500 - 31,250 = 31,250 mol/kg 
Cálculo da H2O,fumos: H2O,fumos = H2,total = 62,500 mol/kg 
mH2O,fumos = (18g /mol) . 62,500 mol/kg = 1125 g/kg = 1,125 Kg/kg 
 
Cálculo do calor para vaporização da H2O,fumos 
Qvap
 = mH20,fumos . Lvap = 1,125 kg /kg . (584,4 Kcal/ kg) = 657,45 Kcal/kg 
 
Cálculo do PCS 
PCS = Qc +QH2,Iivre = 31,25 mol/Kg . 94,05 Kcal/mol + 31,25 mol/Kg . 68,32 Kcal/mol 
 
 
 
Cálculo do PCI 
PCS - PCI = Qvap 
PCI = 5074,06 Kcal/Kg - 657,45 Kcal/Kg ………. 
 
 
 
 
PCS = 5074,06 Kcal/Kg 
PCI = 4416,61 Kcal/Kg 
 
13 
 
2º parte – C2 – Dados: Calor de combustão do C e do H2 para obter (H2Ovapor) 
 
Cálculo do H2,combinado: H2,combinado = 2 . 15,625 = 31,250 mol/kg 
Cálculo do H2,Iivre: H2,livre = 62,500 - 31,250 = 31,250 mol/kg 
Cálculo da H2O,combinado: H2O,combinado = H2,combinado = 31,250 mol/kg 
mH2O,combinado = 18g /mol . 31,250 mol/kg = 5625g /kg = 0,5625kg /kg 
 
Cálculo do calor gasto para vaporização da H2O,combinado 
Qcombinado = mH20,combinado . Lvap = 0,5625 Kg/kg . (584,4 Kcal/Kg) = 328,73 Kcal/Kg 
Cálculo do PCI 
PCI = Qc + QH2,Iivre - Qcombinado 
PCI = 31,250 mol/Kg . 94,05 Kcal/mol + 31,250 mol/Kg . 57,80 Kcal/mol - 328,73 Kcal/Kg 
 
 
Cálculo da H2O,fumos 
H2O,fumos = H2,total = 62,500 mol/kg 
mH2O,fumos = 18g /mol . 62,500 mol/kg = 1125 g/kg = 1,125 Kg/kg 
 
Cálculo do calor para vaporização da H2O,fumos 
Qvap
 = mH20,fumos . Lvap = 1,125 Kg/Kg . 584,4 Kcal/Kg = 657,45 Kcal/Kg 
 
Cálculo do PCS 
PCS - PCI = Qvap 
 
PCS= 4416,58 Kcal/Kg + 657,45 Kcal/Kg …… 
 
 
Exercícios com respostas 
 
1) Um carvão possui a seguinte composição em massa: 
carbono = 75,00% ; hidrogênio = 6,00% ; oxigênio = 4,00% ; umidade = 5,00% e cinzas = 10,00% 
São empregados 60% de ar em excesso . Considerando-se como base de cálculo 1 Kg de carvão 
e que todo o carbono desse carvão se transformou em CO2, responda as questões: 
A) Calcule o número de mols de oxigênio real e oxigênio nos fumos. 
B) Estimar PCS e o PCI do carvão. 
Dados: 
a) calores de combustão: C = 94 kcal/mol e H2 = 68,3 kcal/mol (H2O, líq.) b) L = 586 kcal/kg 
c) Massa Molar C = 12 g/mol H2 = 2 g/mol O2 = 32 g/mol H2O =,18 g / mol 
Respostas: a) O2,real = 122 mol e O2,fumos = 45,75 mol 
b) PCS = 7753,3 kcal/kg ; PCI = 7407,6 kcal/kg 
 
PCI = 4416,58 Kcal/Kg 
PCS = 5074,03 Kcal/Kg 
 
14 
 
2) Uma mistura gasosa possui a seguinte composição em volume: 
Componente Propano (C3H8) Etano (C2H6) 
% v 20,0 80,0 
Estimar os valores de PCI e PCS em Kcal / Nm3 da mistura. 
Dados: Calor de vaporização da água: 586 kcal / kg 
Calores de combustão (kcal/mol para água líquida): etano: 372,82 ; propano: 530,60 
Respostas: a) PCS = 18051,7 kcal / Nm3 b) PCI = 16545,7 kcal / Nm3 
 
3) Ao ser extraido o gás natural passa por separadores , para retirar a água, os hidrocarbonetos 
líquidos e partículas sólidas. Se estiver contaminado com compostos de enxôfre sofre a 
Dessulfurização . Após esta etapa uma parte é utilizado na extração do petróleo, no processo de 
Reinjeção que tem por finalidade aumentar a recuperação de petróleo do reservatório. O restante 
é processado na unidade de Processamento de Gás Natural gerando Gás Natural Processado, 
GLP e Gasolina Natural. Calcule o PCS e PCI do Gás Natural Processado em Kcal/Nm3. Dados: 
 
a) Composição do Gás Natural Processado 
 Metano (CH4) Etano ( C2H6) Propano (C3H8) (N2) (CO2) 
% Volume 87,59% 9,13% 0,36% 1,18% 1,74% 
 
b) Calor de Combustão dos componentes do Gás Natural Processado 
 Metano (CH4) Etano ( C2H6) Propano (C3H8) 
Kcal / mol (H2O líq) 212,80 372,82 530,60 
c) Calor Latente de Vaporização da Água= 586 Kcal/Kg d) Massa Molar da Água = 18g/mol 
Respostas: PCS = 9926,49 kcal/Nm3 ; PCI = 8965,45 kcal/Nm3 
 
 
Exercícios Propostos 
 
1) Calcular o PCS e PCI de um combustível líquido que apresenta a seguinte composição 
percentual em massa: Carbono = 64,86% ; Hidrogênio = 13,51% ; Oxigênio = 21,62% , sendo 
dados : 
a) Massas atômicas: C = 12,0 ; H = 1,0 ; O = 16,0 
b) Calor Latente de Vaporização: L = 586 kcal/kg 
c) Calores de Combustão: Carbono = 94 kcal/mol ; Hidrogênio = 68,3 kcal/mol (H2O líquido) 
 
2) 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 = 12,0 ; H = 1,0 ; O = 16,0 ; N = 14,0 ; S = 32,0 
b) Calor Latente de Vaporização: L = 586 kcal/kg 
c) Calores de Combustão: C = 94 kcal/mol ; H2 = 68 kcal/mol (H2Olíq) ; S = 74 kcal/mol 
15 
 
3) Calcular o PCS e PCI em Kcal/Nm3 e Kcal/kg do combustível gasoso que apresenta a seguinte 
composição percentual em volume, C2H6 = 40% ; CO = 25% ; C3H8 = 35% , sendo dados: 
a) Massas atômicas: C = 12,0 ; H = 1,0 ; O = 16,0 
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) 
 
4) Ao ser produzido, o gás natural passa por separadores para retirar a água, os hidrocarbonetos 
líquidos e partículas sólidas. Se estiver contaminado com compostos de enxôfre, sofre a 
Dessulfurização. Após esta etapa uma parte é utilizada na extração do petróleo, no processo de 
Reinjeção, que tem por finalidade aumentar a recuperação de petróleo do reservatório. O restante 
é processado na Unidade de Processamento de Gás Natural, gerando Gás Natural Processado, 
GLP e Gasolina Natural. Dados : 
a) Composição do Gás Natural Processado 
b) Calor de Combustão dos componentes do Gás Natural Processado 
 Metano (CH4) Etano (C2H6) Propano (C3H8) (N2) (CO2) 
Composição 
em % Volume 
87,59% 9,13% 0,36% 1,18% 1,74% 
Calor de Combustão 
Em Kcal / mol (H2O vapor) 
191,76 341,26 488,50 - - 
c) Volume Molar nas CNTP = 22,4 L/mol 
d) Calor Latente de Vaporização da Água = 586 Kcal/Kg 
Calcule o PCS e PCI do Gás Natural Processado em Kcal/Nm3 e Kcal/kg. 
 
5) Calcular o PCS e PCI de um combustível líquido que apresenta a seguinte composição 
percentual em massa: Carbono = 64,86% ; Hidrogênio = 13,51% ; Oxigênio = 21,62% , sendo 
dados : 
a) Massas atômicas: C = 12,0 ; H = 1,0 ; O = 16,0 
b) Calor Latente de Vaporização: L = 584,4 kcal/kg à 25ºC e 1 atm 
c) Calores de Combustão: Carbono = 94 kcal/mol ; Hidrogênio = 57,8 kcal/mol (H2O vapor)