EXERCICIOS COMPLEMENTOS DE QUIM APLICADA

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 TEMPERATURA TEÓRICA DE COMBUSTÃO (TTC)
É a temperatura que atingiriam os fumos da combustão, se toda a quantidade de calor desprendida na combustão,
adicionada à quantidade de calor sensível trazida pelos reagentes (combustível e ar), fosse utilizada única e exclusivamente
para o aquecimento dos fumos da combustão, sem ocorrência de perdas.
Para especificar os materiais a serem utilizados na construção de fornos, fornalhas, câmaras de combustão de modo geral, é
de grande importância conhecer a temperatura máxima à qual os mesmos estarão sujeitos (tijolos, metais, cerâmicas etc...)
 
Cálculo da Temperatura Teórica de Combustão
Para o estabelecimento do balanço, torna-se necessário conhecer:
a) as quantidades molares dos reagentes (ar e combustível) e dos produtos da reação (fumos);
b) as capacidades caloríficas molares (calores específicos) dos reagentes e dos produtos; e
c) o poder calorífico do combustível, ou os calores de combustão.
 
Com base nas quantidades de calor envolvidas tem-se:Q combustível + Q AR + Q combustÃO = Q FUMOS + Q PERDAS
 
No cálculo da TTC, deve-se impor Q PERDAS = O.
 
A expressão do balanço passa a ser: Q combustível + Q AR + Q combustÃO = Q FUMOS 
 
Significa que todo o calor sensível trazido pelo combustível e/ou pelo comburente (ar), mais o calor gerado na combustão
(poder calorífico ou calor de reação) será utilizado integralmente para o aquecimento dos fumos.
 
As quantidades de calor serão expressas por: Q = m Cp D t
 
Cp = calor específico do gás a pressão constante em cal/g °C ou kcal/kg °C
 
Substituindo o valor da massa m por n.M tem-se: Q = n M Cp D t
 
M Cp = capacidade calorífica molar do gás a pressão constante em cal/mol °C ou kcal/kmol °C.
 
As capacidades caloríficas molares dos gases variam com a temperatura. Desta forma, a expressão anterior deve ser escrita
como a seguir:
Q = n
Com suficiente aproximação para a prática, pode ser utilizada a capacidade calorífica molar média do gás a pressão
constante entre 18 e t°C , Cp. 
A quantidade de calor necessária para elevar de 18 até t°C a temperatura de "n" mols de um gás, será dada por
 
Q = n Cp (t - 18)
Utilizando a capacidade calorífica molar média, a expressão do balanço de energia será assim escrita:
nGÁS CpGÁS (t1- 18) + nAR CpAR (t2- 18) + Q combustÃO = ni Cpi (TTC - 18)
 
onde: t1 é a temperatura de entrada do combustível;
 t2 é a temperatura de entrada do ar; e
 o índice "i" indica cada gás componente dos fumos.
 
No caso do combustível e do ar (ou oxigênio puro) serem alimentados a 18°C, a expressão do balanço térmico será:
Q combustÃO S= n i Cpi (TTC - 18)
Os valores da capacidade calorífica molar média dos gases, a pressão constante, entre 18 e t°C, são obtidos em tabelas.
O valor de Cp de cada componente dos fumos depende da TTC, que é a incógnita principal da equação.
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Essa dificuldade é solucionada pelo processo de tentativas, adotando-se valores para TTC e determinando-se em tabelas o
valor de Cpi, até obter-se a quantidade de calor do 2° membro da equação, igual à quantidade de calor do primeiro membro.
Pode-se ainda determinar a TTC por interpolação (ou extrapolação), adotando-se dois valores para a TTC e encontrando as
respectivas quantidades de calor. Com o valor do primeiro membro da equação, calcula-se o valor da TTC.
 
Fatores que Influenciam a TTC
Pré-aquecimento dos Reagentes
O pré-aquecimento do ar aumenta o calor disponível para aquecimento dos fumos, elevando o valor da TTC.
O combustível também pode ser pré-aquecido, trazendo calor sensível para o sistema de combustão, o qual também será
utilizado no aquecimento dos fumos, elevando a TTC.
 
Oxigênio Puro como Comburente
Quando se deseja altas temperaturas, utiliza-se o oxigênio puro como comburente, o que resulta numa maior disponibilidade
de calor para aquecimento dos fumos, elevando a temperatura da combustão.
 
Excesso de Ar
Assim sendo, parte do calor disponível para aquecimento dos fumos, será utilizado para aquecimento do oxigênio em
excesso e da grande quantidade de nitrogênio que o acompanha, nos casos em que a fonte de oxigênio é o ar atmosférico.
Quanto maior o excesso de ar, menor será TTC. Tal fato é determinante para limitar a porcentagem de ar em excesso
utilizada nos processos de combustão.
 
Dissociação dos Produtos da Combustão
Como conseqüência dos equilíbrios químicos, temos sempre a re-formação de parte dos reagentes, o que equivale a uma
parcela da massa do combustível sem queimar, com diminuição do calor gerado.
Tal fato acarreta a diminuição da TTC, pois é menor a quantidade de calor disponível para aquecer os fumos.
 
 
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EXEMPLO DE CÁLCULO
 
1) Calcular a TTC de uma mistura formada por 40% de CH4, 40% de C3H8 e 20% de N2 em volume, nas seguintes
condições:
combustão com a quantidade de ar teórico sendo ar e combustível alimentados a 18 °C.
 
Dados: 1) capacidades molares entre 18 e t°C da tabela IV
 2) calores de combustão em kcal/mol: CH4 - 192 e C3H8 - 488
 
 
a) Base de Cálculo: 1 kmol da mistura
 
Em 1 kmol de mistura tem-se: O,4 kmol CH4 O,4 kmol C3H8 0,2 kmol N2
Reações de combustão
 
 
 CH4 + 2 O2 ® CO2 + 2 H2O 
0,4 kmol 0,8 kmol 0,4 kmol 0,8 kmol
 
 
 
 C3H8 + 5 O2 ® 3 CO2 + 4 H2O
0,4 kmol 2 kmol 1,2 kmol 1,6 kmol
Cálculo do O2 teórico
 
n O2 teórico = 0,8 + 2 = 2,8 kmol
 
Cálculo do N2
n N2 = 2,8 x = 10,53 kmols
 
 
Balanço Térmico
 
Q combustível + Q AR + Q combustÃO = Q FUMOS + Q PERDAS
 
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Q AR °C)= O (pois é alimentado a 18
Q combustível °C)= O (pois é alimentado a 18
Q PERDAS = O (pois se trata de TTC)
 
assim tem-se:
 
Q combustão = Q FUMOS ou seja:
 
Q combustão = Q CO2 + Q H2O + Q N2 
 
sendo : Q combustão = Q CH4 + Q C3H8 
 
tem-se: Q combustÃo = 193 x 400 + 488 x 400 = 272.000 kcal
 
igualando tem-se:
 
272.000 = Q CO2 + Q H2O + Q N2
Q CO2 = n CO2Cp (t - 18)
Q H2O = n H2O Cp (t - 18)
Q N2 = n N2 Cp (t - 18)
 
272.000 = [n CO2Cp CO2+ n H2O Cp H2O + n N2Cp(N2)] (t – 18)
272.000 = 1,6 Cp CO2+ 2,4 Cp H2O + 10,73 Cp N2 (t - 18)
(utiliza-se a Tabela IV para obtenção dos valores de Cp)
 
1ª) Tentativa: t1 = 1000 °C
 
Q1 = (1,6 x 11,94 + 2 ,4 x 9,20 + 10,73 x 750) (1000 - 18) = 119.469 kcal
(que é menor que 272.000).
 
2a) Tentativa: t2 = 3000 °C
 
Q2 = (1,6 x 13,55 + 2,4 x 11,25 + 10,73 x 8,27) (3000-18) = 409.777 kcal (que é maior que 272.000)
 
 
A temperatura teórica de chama é obtida por interpolação, conforme a seguir:
 
Q(kcal) temp.(°C) 
 
409.777 3.000 
272.000 TTC TTC - 1000 / 3000 - 1000 = 272000 - 119469 / 409777 - 119469 
119.469 1.000
 
Da expressão acima encontra-se TTC = 2050 °C.
 
2) Quanto aos fatores quealteram a temperatura teórica de combustão pode-se dizer::
a) o préaquecimento do combustível não afeta a TTC;
b) a dissociacão dos produtos da combustão aumenta a TTC;
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c) o préaquecimento do ar diminui a TTC;
d) O uso de oxigênio puro como comburente aumenta a TTc;
e) todas estão erradas.
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Kotz.J.C. e Treichel, P.J. Química e Reações Químicas - 4° Edição – LTC 2002
D.R. Askeland, P.P. Phulé, The Science andEngeneering of Materials, 4th Edition, Thomson, NewYork, 2003.
Hinrichs, R.A.&Kleinback, M.Energia e Meio Ambiente Pioneira Thomson Learning Ltda. 2004
W.D. Callister Jr., Materials Science and Engeneering: anintegrated approach, 2th Edition, John Willey, New York,2005.
J.F. Shackelford - Materials Science for Engineers, 6thEdition, Prentice Hall, New York, 2005
Callister, William D - Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais - 2ª Edição - 2006 - isbn: 8521615159
Costa M, Coelho P – Combustão – Orion – 2007 - ISBN: 9789728620103
Kupta, T., Cieslik, M. and Weber, R.. (2006). Investigation on Ash Deposit Formation Rate During Co-Combustion of Coal with
Sewage Sludge, Proceedings of the 7th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, Porto, Portugal, 18-21April.
R. Rinaldi, C. Garcia, L. L. Marciniuk, A. V. Rossi, U. Schuchardt, - Síntese de Biodiesel. Uma proposta Contextualizada de
Experimento para Laboratório de Química Geral - Química Nova, 30 (2007) 1374.
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Balanço energético nacional 2007: ano base 2006. Rio de Janeiro: Empresa de
Pesquisa Energética, 2007. Disponívelem:<http://www.mme.gov.br/site/menu/select_main_menu_item.do?channelId=1432>.
Acesso em: 10 de abril de 2008
Tassinari C.A. e outros Química Tecnológica Editora Pioneira Learning Thomsom 2003
 
RESPOSTA DO EXERCÍCIO 2: D 
 
Exercício 1:
Um coque seco constituído de 90% de carbono o 10% de cinza, possui poder calorífico de 7.250 kcal/kg. A combustão do
coque é feita com 20% de ar em excesso, sendo o ar alimentado a 200 °C e o combustível, a 18 °C. A TTC em graus
Celsius será::.
Utiliza a tabela que fornece a capacidade calorífica molar do gás a pressão constante
em cal/mol °C ou kcal/kmol °C. que está no módulo 8
A)
1980
B)
2050
C)
http://www.livifusp.com.br/produto_detalhe.asp?id_produto=29507
http://www.wook.pt/authors/detail/id/598489
http://www.wook.pt/authors/detail/id/20725
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1850
D)
2000
E)
1660
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
B) 
Exercício 2:
A temperatura (em gaus Celsius) de pré-aquecimento do ar usado na combustão de um coque seco de poder calorífico 7250
kcal/kg, com 20% de ar em excesso para que a TTC resulte 2.500 °C.
Utiliza a tabela que fornece a capacidade calorífica molar do gás a pressão
constante em cal/mol °C ou kcal/kmol °C. que está no módulo 8
A)
960
B)
1.000
C)
768
D)
853
E)
968
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
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Comentários:
C) 
Exercício 3:
Uma mistura gasosa combustível apresenta a seguinte composição volumétrica: CO 20% vol.; H2 30% vol.; CH4 = 10% vol.,
e N2 4O% vol. Essa mistura gasosa é queimada com 20% de ar em excesso em relação ao teórico. O ar e a mistura gasosa
entram a 18 °C e a combustão” pode ser suposta completa. A temperatura teórica de combustão (temperatura de chama)
em graus Celsius será:
Dados: Calores de combustão para a água no estado de vapor: CO = 67,7 kcal/mol H2 = 57,8 kcal/mol CH4 = 192,0
kcal/mol.
Utiliza a tabela que fornece a capacidade calorífica molar do gás a pressão
constante em cal/mol °C ou kcal/kmol °C. que está no módulo 8
A)
1750
B)
2100
C)
960
D)
830
E)
1400
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(A)
Comentários:
A) 
Exercício 4:
A Temperatura Teórica de Chama resultante da queima de uma mistura formada por 60% de C2H4 e 40% de CO2 em
volume com 30% de ar em excesso, sendo ar e combustível pré-aquecidos a 100 ºC é:
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Utiliza a tabela que fornece a capacidade calorífica molar do gás a pressão
constante em cal/mol °C ou kcal/kmol °C. que está no módulo 8
A)
1680 ºC
B)
1.933 ºC
C)
1.780 ºC
D)
1.520 ºC
 
E)
outro valor
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
B) 
Exercício 5:
A Temperatura Real de Chama resultante da queima de uma mistura formada por 60% de C2H4 e 40% de CO2 em volume
com 30% de ar em excesso, sendo ar e combustível pré-aquecidos a 100 ºC e ocorre 15% de perda do calor gerado é:
Utiliza a tabela que fornece a capacidade calorífica molar do gás a pressão
constante em cal/mol °C ou kcal/kmol °C. que está no módulo 8
A)
1540 ºC
B)
1.480 ºC
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C)
1680 ºC
D)
1.730 ºC
E)
outro valor
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
C) 
Exercício 6:
A TTC resultante da queima de uma mistura gasosa contendo 20 % de monóxido de carbono (CO) e 80% de nitrogênio (N2)
em volume, com 100 % de excesso de ar, sendo ar e combustível alimentados a 18 ºC, é: 
Utiliza a tabela que fornece a capacidade calorífica molar do gás a pressão
constante em cal/mol °C ou kcal/kmol °C. que está no módulo 8
A)
1100 ºC
B)
720 ºC
C)
816 ºC
D)
936 ºC
E)
outro valor
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O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
D) 
Exercício 7:
Portal G1 (http://g1.globo.com/Noticias/Economia_Negocios) publicado em 29/08//2011 com adaptações(página visitada em
08/09/2011).Conheça cinco teorias da conspiração sobre o 11 de Setembro
Dez anos depois, comunidades na internet ainda debatem a hipótese de que os ataques tenham sido planejados pelo
governo americano. Dez anos depois dos ataques de 11 de Setembro no Estados Unidos, diversas teorias conspiratórias
continuam populares.De um modo geral, as formulações se concentram em torno de supostas 'perguntas não respondidas'
pelos relatórios sobre o incidente e sugerem que o governo americano pode ter planejado os ataques juntamente com o
exército.
Conheça as cinco teorias conspiratórias mais proeminentes que circulam em comunidades online.
Uma das teorias aborda a queda das Torres Gêmeas
A pergunta: Por que as Torres Gêmeas caíram tão rapidamente e dentro da própria área que ocupavam, após incêndios em
poucos andares que duraram somente uma ou duas horas?
O que os teóricos da conspiração dizem: As Torres Gêmeas foram destruídas por demolições controladas.
As teorias se referem ao desmoronamento rápido dos prédios (que durou cerca de 10 segundos) e aos incêndios
relativamente curtos (56 minutos no World Trade Center 2 e 102 minutos no World Trade Center 1).
Além disso, haveria relatos de pessoas que teriam ouvido sons de explosões antes da queda e objetos sendo arremessados
violentamente para fora de janelas nos andares inferiores.O que os relatórios oficiais dizem: Um inquérito extenso feito pelo
Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia concluiu que os aviões romperam e danificaram colunas de suporte do edifício e
deslocaram materiais à prova de fogo.Cerca de 39 mil litros de combustível de avião foram espalhados por diversos andares,
dando início a incêndios generalizados. As temperaturas de até mil graus Celsius fizeram com que o piso dos andarescedesse e as colunas se curvassem, provocando os sons de 'explosões'.O peso dos pisos de cada andar criou um peso
muito maior do que as colunas dos edifícios foram projetadas para sustentar. Objetos foram expulsos pelas janelas dos
andares inferiores na medida em que os andares de cima desmoronavam.Além disso, as demolições controladas são
sempre iniciadas dos andares de baixo até os de cima, ao contrário do desmoronamento das Torres.Nenhuma evidência de
explosivos foi encontrada nos edifícios, apesar das buscas. E tampouco há evidência de rompimento proposital de quaisquer
colunas ou paredes, o que é feito rotineiramente em uma demolição controlada.
São condições que contribuem para o aumento da temperatura teórica de chama:
I - Pré-aquecimento do combustível;
II - Aquecimento dos materiais de construção do forno;
III - Pré-aquecimento do ar alimentado
IV - Uso de oxigênio puro como comburente;
V - Uso de excesso de ar 
VI - Dissociação dos Produtos da Combustão
Estão corretas:
A)
 I, III e VI
B)
 II, III e VI
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C)
 I, II e III
D)
 I, III e IV
E)
 I, II e V
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
D) 
Exercício 8:
Está entre as razões do cálculo da temperatura real de chama num processo de combustão
A)
conhecer a quantidade de combustível que deverá se usada por hora de operação 
B)
conhecer a temperatura de saída dos fumos da combustão
C)
Para especificar os materiais a serem utilizados na construção de fornos, fornalhas, câmaras de combustão de modo geral, é
de grande importância conhecer a temperatura máxima à qual os mesmos estarão sujeitos (tijolos, metais, cerâmicas etc...)
D)
para conhecer a quantidade de calor disponível para uso no processo industrial
E)
para controle do ar em exceso quedeverá ser usado no processo.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
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Comentários:
C)