Equipamentos T´ ermicos
Exame de ´ Epoca Especial - 20 de Julho de 2015
Parte II - Consulta Limitada
1. (1.5 v.) A Equa¸c˜ao (1) descreve a varia¸c˜ao da constante de equil´ıbrio Kp em fun¸c˜ao da temperatura absoluta, a 1 atm, para a reac¸c˜ao de oxida¸c˜ao de HCl: 2HCl (g) + 0.5O2 →Cl2+ H2O (g).
lnKp= 6815.554
T −2.047×10−1×ln (T)−5.362×10−5T + 8.983×10−8T2−6.356 (1) Para o estado de referˆencia padr˜ao (298 K e 1 atm) e tendo em conta a Equa¸c˜ao (1), determine a varia¸c˜ao da fun¸c˜ao de Gibbs (∆G◦) em kJ.kmol−1.
2. (8.5 v.) Considere uma incineradora que recebe de duas cidades vizinhas res´ıduos s´olidos urbados (RSU).
A Tabela 1 apresenta alguma informa¸c˜ao acerca da composi¸c˜ao m´edia de RSU, estimada no local de produ¸c˜ao, bem como a quantidade di´aria total recebida de cada cidade. Os RSU antes de serem in- cinerados s˜ao bem misturados na propor¸c˜ao da quantidade di´aria recebida e sofrem um processo de pr´e-tratamento, recorrendo a umtrommel, que elimina apenas as categorias “Metal” com uma eficiˆencia de separa¸c˜ao de 60% e “Vidro” com uma eficiˆencia desconhecida. Considere que n˜ao existe transferˆencia de humidade entre os v´arios componentes que constituem os RSU desde a recolha at´e `a incinera¸c˜ao.
Com base nas Tabelas 1, 2 e 3 responda `as quest˜oes (a) e (b).
(a) (2.0 v.) Determine a percentagem m´assica de RSU eliminados no trommel. (Se n˜ao determinou considere que a percentagem m´assica de RSU eliminados notrommel ´e igual a 6.16%)
(b) (2.0 v.) Determine a an´alise elementar em base h´umida da mistura de RSU admitida para incin- era¸c˜ao. (Se n˜ao determinou considere para as pr´oximas al´ıneas YH2O = 37.87%, YC = 32.89%, YCinzas= 11.42%,YO2 = 10.72%,YH2 = 4.16%,YN2 = 2.42% eYS= 0.52%)
(c) 1500 kg.h−1 da mistura de RSU (determinada na al´ınea anterior) s˜ao incinerados com recurso `a combust˜ao de 400 m3.h−1 de metano medido em condi¸c˜oes normais (0◦C e 1 atm). A mistura de RSU, o metano e o ar s˜ao admitidos na cˆamara de combust˜ao a 15.6◦C. Assuma reac¸c˜oes completas. O poder calor´ıfico inferior do metano e da mistura de RSU ´e igual a 1.2×104kcal.kg−1 e 6.0×103kcal.kg−1, respectivamente. Assuma para as cinzas um calor espec´ıfico constante e igual a 0.7 kcal.kg−1.K−1. Considere ainda que parte da energia t´ermica gerada na cˆamara de combust˜ao
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e a´ı utilizada para gerar vapor.
(c1) (2.5 v.) Sabendo que a frac¸c˜ao molar de N2 nos gases de combust˜ao ´e igual a 70.0%, determine o excesso de ar real.
(c2) (2.0 v.) Determine o caudal m´assico de ´agua (em kg.s−1) que ´e poss´ıvel vaporizar sabendo que os produtos de combust˜ao saem da cˆamara de combust˜ao a 1400◦C. Considere o calor latente de vaporiza¸c˜ao da ´agua igual a 2258 kJ.kg−1. Despreze perdas de calor pelas paredes da cˆamara de combust˜ao. Considere para 1400◦C: ∆hH2O= 13.46 kcal.mol−1, ∆hCO2 = 17.23 kcal.mol−1,
∆hN2 = 10.66 kcal.mol−1 e ∆hSO2 = 16.17 kcal.mol−1 (∆hk=hk(1400◦C)−hk(15.6◦C)).
P´agina 1/2
Tabela 1: Composi¸c˜ao conhecida de RSU provenientes de duas cidades vizinhas.
Cidade A Cidade B
Quantidade (ton/dia) 180 150
Componente No produtor H2O no No produtor H2O no
[% massa] produtor [% massa] [% massa] produtor [% massa]
Metal 5.0 . . . 4.0 . . .
Pele/Borracha 7.0 2.0 2.0 2.0
Texteis 5.0 7.0 6.0 12.0
Vidro 4.0 . . . 6.0 . . .
... ... ... ... ...
Total 100.0 − 100.0 −
Tabela 2: An´alise elementar em base seca da categoria “Pele/Borracha” da mistura de RSU. Yk,db - frac¸c˜ao m´assica do componentek em base seca.
Componente, k Yk,db[%] Cinzas C H2 O2 S N2 Pele/Borracha 3.30 0.50 2.00 0.50 0.20 0.00 0.10
Tabela 3: Composi¸c˜ao da mistura de RSU por categoria antes e depois do pr´e-tratamento e an´alise elementar em base seca da mistura de RSU.Yk0 - frac¸c˜ao m´assica n˜ao normalizada. wb - base h´umida, db- base seca.
Composi¸c˜ao de RSU por categoria - [% massa] An´alise elementar (base seca)
Antes pre-trat. Depois de pre-tratamento [% massa]
Componente,k Yk,wb Yk,wb0 Yk,wb Yk,db0 Yk,db Cinzas C H2 O2 S N2
Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pele/Borracha . . . . . . . . . . . . 7.95 . . . α . . . . . . . . . . . .
Texteis . . . . . . . . . . . . . . . 0.34 5.08 0.34 1.02 0.00 1.69
Vidro . . . . . . 1.57 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Total 100 A 100 B 100 18.38 48.11 +α 6.70 β 0.83 3.90
P´agina 2/2
