Questão Q02 da 2ª fase da FUVEST 2015
O hidrogênio tem sido apontado como possível fonte de energia do futuro. Algumas montadoras de automóveis estão construindo carros experimentais que podem funcionar utilizando gasolina ou hidrogênio líquido como combustível.
Considere a tabela a seguir, contendo dados obtidos nas mesmas condições, sobre a energia específica (quantidade de energia liberada pela combustão completa de 1 g de combustível) e o conteúdo de energia por volume (quantidade de energia liberada pela combustão completa de 1 L de combustível), para cada um desses combustíveis:
| Combustível | Energia específica (kJ/g) |
Conteúdo de energia por volume (10^3\text{ kJ/L}) |
|---|---|---|
| Gasolina líquida | 47 | 35 |
| Hidrogênio líquido | 142 | 10 |
a) Com base nos dados da tabela, calcule a razão entre as densidades da gasolina líquida e do hidrogênio líquido (\text{d}_{\text{gasolina}(\ell)}\,/\,\text{d}_{\text{hidrogênio}(\ell)}). Mostre os cálculos.
b) Explique por que, embora a energia específica do hidrogênio líquido seja maior do que a da gasolina líquida, o conteúdo de energia por volume do hidrogênio líquido é menor do que o da gasolina líquida.
Reportar erro na questão
Resolução comentada
a) A densidade liga massa e volume: d = m/V. A energia específica dá kJ por grama, e o conteúdo por volume dá kJ por litro. Dividindo uma pela outra, os kJ se cancelam e sobra g/L, que é a densidade:
- Gasolina: d_{gasolina} = \dfrac{35\times10^3\ \text{kJ/L}}{47\ \text{kJ/g}} \approx 745\ \text{g/L}
- Hidrogênio: d_{H_2} = \dfrac{10\times10^3\ \text{kJ/L}}{142\ \text{kJ/g}} \approx 70{,}4\ \text{g/L}
Razão:
A gasolina líquida é cerca de 10 vezes mais densa que o hidrogênio líquido.
Razão \approx 10{,}6
b) A energia específica é medida por unidade de massa, e o conteúdo de energia por volume é medido por unidade de volume. Os dois valores se relacionam pela densidade:
O hidrogênio libera mais energia por grama, cerca de 3 vezes a da gasolina (142/47\approx3). Em compensação, o hidrogênio líquido é muito menos denso, cerca de 10 vezes menos. Isso significa que 1 L de hidrogênio líquido contém bem menos massa que 1 L de gasolina. O efeito da baixa densidade supera o ganho em energia por grama. Logo, a energia liberada por litro é menor para o hidrogênio (10\times10^3 contra 35\times10^3\ \text{kJ/L}).
O hidrogênio líquido tem menor densidade que a gasolina; 1 L dele tem pouca massa, e isso compensa sua maior energia por grama.
Assuntos: densidade, energia de combustão, análise de tabela.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
