ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA:
GERAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR

Unidade: U1 – Introdução à geração de potência
Aula: A2 – Ciclo Rankine

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática

Os objetivos dessa aula prática são:

• Compreender o mecanismo reacional da queima de um combustível;
• Determinar de maneira teórica o poder calorífico com base na composição de um combustível (biodiesel);
• Entender como a composição de um material afeta o poder calorífico da combustão desse material.

SOLUÇÃO DIGITAL

MS Excel

O software MS Excel permite elaborar uma planilha eletrônica na qual o aluno poderá digitar a composição de um combustível e obter instantaneamente algumas propriedades de interesse como, por exemplo, o calor de combustão da queima desse combustível.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Procedimento / Atividade nº 1

Atividade proposta:
Determinação teórica de propriedades de queima de um combustível hipotético (biodiesel).

Procedimentos para a realização da atividade

Nesta prática, iremos determinar de maneira teórica o poder calorífico de uma amostra de biodiesel. Para isso, é preciso preparar algumas abas na planilha eletrônica, portanto abra uma planilha em branco e formate algumas células, conforme apresentado na Figura 2.1.

Figura 2.1 – Planilha eletrônica formatada inicialmente para introdução de dados da prática.

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Fonte: Elaborada pelo autor (2018)

Na Figura 2.1 são apresentadas duas tabelas. A primeira tabela apresenta uma composição típica de biodiesel com a primeira coluna apresentando os nomes dos ácidos graxos presentes.

Nesta tabela estão indicadas as colunas com a massa molar de cada ácido graxo, bem como a quantidade de ligações carbono (C-C), carbono-simples-oxigênio (C-O), carbono-dupla-oxigênio (C=O) e assim por diante.

Foi reservada uma coluna onde será, logo mais, especificada a composição de cada ácido graxo e, também, uma última coluna na qual iremos determinar o calor de formação para cada componente.

A segunda tabela apresentada na Figura 2.2 corresponde ao balanço estequiométrico da combustão completa para cada ácido graxo presente no biodiesel.

Por exemplo, na primeira linha da tabela (linha 18 na planilha), um mol de ácido mirístico reage com 20 mols de oxigênio formando 14 mols de dióxido de carbono e 14 mols de água.

Agora é preciso especificar a fórmula matemática que será utilizada para calcular a massa molar média para biodiesel.

Para isso, preencha a célula F13 com a seguinte fórmula:

(que SOMA(F5:F12) representa a soma da coluna “Composição”. Como não especificamos a composição do biodiesel, a massa molar média não retornará um valor numérico neste momento.)

Portanto, vamos preencher a coluna da composição dos apresentados na Figura 2.2, o que deverá retornar uma massa molar média de 266,78 g/mol.

Figura 2.2 – Preenchimento de uma composição hipotética para biodiesel.

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Fonte: Elaborada pelo autor (2018)

Antes de determinar o poder calorífico de cada ácido graxo contido no biodiesel, precisamos obter o calor de formação para cada componente.

Para isso, preencha as células da coluna M da Figura 2.2 com as fórmulas apresentadas na Figura 2.3a, devendo ser obtidos os valores de calor de formação apresentados na Figura 2.3b.

Figura 2.3 – Fórmulas e valores para obtenção do calor de formação dos componentes do biodiesel.

Fonte: Elaborada pelo autor (2018)

A fim de determinar o poder calorífico de cada componente presente no biodiesel, formate algumas células, conforme apresentado na Figura 2.4a, para inserir os dados de energia de ligação e de calor de formação dos compostos que participam da reação de combustão.

Os valores foram apresentados na Figura 2.4b para determinar o calor de combustão de cada componente.

Figura 2.4 – Valores das energias de ligação e poder calorífico para utilização nas fórmulas de combustão.

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Fonte: Elaborada pelo autor (2018)

Para finalizar a prática, obtenha o poder calorífico da mistura de ácidos graxos que corresponde ao biodiesel, conforme fórmulas apresentadas na Figura 2.5.

O poder calorífico para a reação de queima do combustível a 25°C deve ser -35.897,21 kJ/mol para cada mol de biodiesel queimado.

Caso a reação aconteça em uma temperatura diferente (o que sempre ocorre na prática), digamos 600°C, então o poder calorífico será de -35.575,32 kJ/mol, conforme apresentado na Figura 2.5.

Avaliando os resultados

Você deverá entregar um arquivo com as respostas das seguintes questões:

a) Por que o poder calorífico apresenta um sinal negativo? Qual o significado físico?

b) Qual é o poder calorífico para a queima de biodiesel ocorrendo na temperatura ambiente, a 800°C e a 1200°C?

c) Como podemos utilizar a massa molar média para transformar a unidade do poder calorífico de kJ/mol para kJ/kg? Quanto seria esse valor para os poderes caloríficos obtidos na questão anterior?

d) Se o biodiesel fosse constituído unicamente por um ácido graxo, isto é, composição 100% para um único componente, qual seria a máxima energia liberada na sua combustão a 25°C?

e) Baseado nos resultados da aula, você espera que o poder calorífico do biodiesel seja maior, menor ou igual ao poder calorífico de um combustível sólido como, por exemplo, o carvão mineral ou carvão vegetal?

CONTINUA …

Aula prática Geração e distribuição de vapor