Proposta simples de um Balanço de Energia

AULAS TEÓRICAS

Referência: Balanço de Massa e de Energia

Proposta simples de um Balanço de Energia

                                                                                                 S.C.                  [pic 1]

                                        [pic 2]

                         NC , T1                                                                                                      NCO2 , T3[pic 3][pic 4]

                                                                                                Regime

                                                              Estacionário                     NCO , T4[pic 5]

                                                                                   

                         NO2 , T2                                                                                                     Q (perdas) ?[pic 6][pic 7]

                                                                                 V.C    

Fluxos Entrantes:

• NC – fluxo de matéria, em kmols de carbono por unidade de tempo que entra no volume de controle.
• NO2 – fluxo de matéria, em kmols de oxigênio por . . .

Fluxos Saintes:

• NCO – fluxo de matéria, em kmols de CO por unidade de tempo que sai do volume de controle.
• NCO2 – fluxo de matéria, em kmols de CO2 por . . .

Objetivo do Balanço:  Determinar as perdas térmicas (Q) num processo onde não há acúmulo de matéria ou energia. 

• Regime permanente ou estacionário.
• Fluxos de matéria não são independentes – lei da conservação da matéria.

BALANÇO DE MASSA

• Balanço do Carbono:  NC = NCO + NCO2
• Balanço do Oxigênio:  NO2 = NCO2 + 1/2 NCO 

BALANÇO DE ENERGIA

• Consideradas apenas a energia interna, o trabalho do tipo p.V e a energia calorífica (perdas térmicas).
• Regime permanente →    Ee = Es      pois ΔE = 0
• Energia interna + trabalho do tipo p.V = Entalpia (H)

Então:[pic 8]

[pic 9]

onde

        HC,T1 – entalpia contida em 1 mol de carbono à temperatura T1.

        NC.HC,T1 – entalpia em kcal/unidade de tempo que entra no V.C.; associada ao
                       fluxo de carbono à T1.

        Q – perdas térmicas (estimativa)

Importante:

• As fontes de dados termodinâmicos normalmente NÃO apresentam os valores absolutos da entalpia, mas a variação relativa a um estado e temperatura bem determinados.

Assim sendo teremos:

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

Considerando ainda o Balanço de Massa e as reações de formação do CO e CO2  ,a equação anterior pode ser re-escrita da seguinte maneira:

[pic 15]

[pic 16]

Temperatura de Referência – Pode ser escolhida de maneira arbitrária, embora usualmente adota-se 25ºC ou 298K.

Para efeito de exercício adotaremos o seguinte:

• Fluxos saintes – Tr < T3  ;  Tr > T4
• Fluxos entrantes – Tr > T1  ;  Tr < T2
• Reações de formação do CO e do CO2 exotérmicas à Tr

Processo Imaginário

Representação esquemática

[pic 17]

         T

                                                                                                              CO2,T3[pic 18]

                                   O2,T2[pic 19]

                                   Resfriado                                                          Aquecido    

            Tr                                        C + 1/2 O2 → CO                                                                                                  [pic 20][pic 21][pic 22]

                                                                                     C + O2    → CO2      

                                                 Aquecido                                                          Resfriado  

                                                   

                                                  C,T1                                                                     

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