O metano é o hidrocarboneto simples e, quando se queima um ...

A alternativa correta é: A - Poder Calorifico Superior (PCS) e Poder Calorifico Inferior (PCI).

Tema central da questão: Esta questão aborda o conceito de combustão de hidrocarbonetos e sua relação com os poderes caloríficos, que são medidas importantes na termodinâmica para entender a quantidade de energia liberada durante uma reação de combustão. O entendimento correto desses conceitos é crucial para aplicações em engenharia e processos térmicos.

Resumo teórico: O Poder Calorífico Superior (PCS) refere-se à quantidade total de energia liberada na combustão completa de um combustível, incluindo a energia contida no vapor d'água formado. Já o Poder Calorífico Inferior (PCI) desconsidera essa parcela de energia, pois assume que o vapor d'água não será condensado.

A diferença entre PCS e PCI é relevante principalmente quando se quer medir a eficiência de um sistema de combustão. O PCS é usado quando o sistema pode recuperar o calor do vapor d'água, enquanto o PCI é utilizado quando essa recuperação não é possível.

Justificativa da alternativa correta: A questão menciona a combustão de hidrocarbonetos e se refere aos dois valores do poder calorífico dependendo do estado da água formada. Essa descrição está diretamente relacionada aos conceitos de PCS e PCI, pois são esses valores que consideram o estado físico da água na combustão.

Análise das alternativas incorretas:

B - Poder Calorifico a Volume Constante (PCv) e Poder Calorífico a Pressão Constante (PCp): Esses conceitos dizem respeito a processos termodinâmicos de calor específico, não a poderes caloríficos usados para combustíveis.

C - Poder Calorifico Adiabático (PCA) e Poder Calorífico Isotérmico (PCI): Adiabático e isotérmico são termos usados em processos termodinâmicos, mas não são aplicáveis ao contexto de poder calorífico de combustíveis.

D - Poder Calorifico Seco (PCS) e Poder Calorifico Úmido (PCU): Não são termos usados na literatura referente ao poder calorífico de hidrocarbonetos.

E - Poder Calorifico Entálpico (PCH) e Poder Calorifico Entrópico (PCE): Esses termos não são reconhecidos como definições técnicas de poder calorífico.

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Poder Calorífico

A principal característica de qualquer combustível é gerar calor. Esta propriedade é chamada de Poder Calorífico e é definida como sendo a quantidade de calor desprendida pela combustão estequiométrica do combustível. O Poder calorífico é definido em unidades de energia por unidade de massa. No caso de combustíveis líquidos e gasosos, ele pode ser expresso em unidades de energia por unidades de volume. Porém, neste caso, deve-se fornecer a referência de densidade e/ou as condições de temperatura e pressão.

O elemento químico com maior poder calorífico é o hidrogênio, seguido pelo metano, propano, carbono, etanol e metanol. O carbono, que é o elemento básico do carvão, apresenta o menor poder calorífico. Por isso, os combustíveis derivados de petróleo substituíram o carvão após a revolução industrial.

Um dos produtos da queima de qualquer combustível é a água. Dependendo da fase desta água, a quantidade de calor liberada muda. Nos casos extremos, a água pode estar totalmente no estado líquido ou no estado gasoso. Em função disso, costuma-se fornecer dois valores de Poder Calorífico; o superior e o inferior. O Poder Calorífico Superior – PCS – representa o calor liberado pela combustão tendo toda a água resultante na fase líquida e o Poder Calorífico Inferior – PCI – representa o calor liberado pela combustão estando toda a água resultante no estado gasoso.

Portanto, a diferença entre eles é a entalpia de vaporização da água formada na reação e da água previamente existente no combustível. Matematicamente, isto pode ser aproximado pela seguinte maneira:

PCI = PCS - 2440(9*H-u)

Onde:

PCI é o Poder Calorífico Inferior [kj/kg];

PCS é o Poder Calorífico Superior [kj/kg];

H é o teor de hidrogênio no combustível [kJ/kg em base seca];

u  é o teor de umidade do combustível [kg de água/ kg de combustível seco];

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Gabarito: A