Um motor de 6 cilindros e volume total de 5.700cm3 , utilizado em viaturas leves e blindadas, consome 0,5g do combustível gasoso de composição média C8H18 , em cada cilindro, por segundo de operação. Considerações: • o ciclo termodinâmico do motor compreende o funcionamento em 4 tempos: admissão, compressão, combustão e exaustão (escape); • o motor executa 10 ciclos por segundo, ou seja, a mistura de ar e combustível enche os cilindros e depois é comprimida 10 vezes por segundo; • a mistura ar e combustível é introduzida à temperatura de 100C , até que a pressão seja de 1atm em cada cilindro; • 20,0% da quantidade de combustível sofre combustão incompleta, sendo convertida em ; • 80,0% da quantidade de combustível sofre combustão completa, sendo convertida em ; • a mistura de ar e combustível comporta-se como gás ideal; • as capacidades caloríficas molares são independentes da temperatura; e • as entalpias de formação a 25C . Determine: a) a vazão da entrada de ar no motor, em ; e b) a composição percentual molar dos produtos e a temperatura de combustão, em K .

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 8 (Química) da 2ª fase do IME 2022

Química · Química: Combustão e poder calorífico

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

FOLHA DE DADOS

Considere:

1\ \text{S (siemens)} = 1\ \text{ohm}^{-1};
Constante de Faraday = 96.500\ \text{C.mol}^{-1};
Número de Avogadro = 6{,}0 \times 10^{23};
Constante universal dos gases ideais:
R = 2{,}0\ \text{cal.(mol.K)}^{-1} = 8{,}3\ \text{J.(mol.K)}^{-1} = 8{,}2 \cdot 10^{-2}\ \text{atm.L.(mol.K)}^{-1} ;
1\ \text{atm} = 101.325\ \text{Pa} = 101{,}325\ \text{kPa} = 1{,}01325\ \text{bar} = 760\ \text{mmHg};
2^{1/2} = 1{,}4 ;
2^{\frac{65}{30{,}1}} = 2^{2{,}159} = 4{,}466;
Capacidade calorífica molar média à pressão constante (\overline{C}_{\text{P}}), no intervalo de 0 a -10\ ^\circ\text{C}:
\ce{H2O (l)}: \overline{C}_{\text{P}} = 76{,}0\ \text{J.(mol.K)}^{-1};
\ce{H2O (s)}: \overline{C}_{\text{P}} = 38{,}0\ \text{J.(mol.K)}^{-1};
Entalpia molar de fusão da água, a 1{,}0\ \text{atm}:
H_{\text{m, fusão}} = 6{,}0\ \text{kJ.mol}^{-1};
Composição percentual do ar atmosférico = 79{,}0\% de \ce{N2(g)} e 21{,}0\% de \ce{O2(g)}

Entalpias-padrão de formação a 25^\circ\text{C}:

Substância Química	\ce{C8H18(g)}	\ce{H2O(g)}	\ce{H2O(l)}	\ce{CO2(g)}	\ce{CO(g)}
\Delta H_{\text{f}}^\circ(\text{kJ.mol}^{-1})	-208{,}45	-241{,}82	-285{,}83	-393{,}51	-110{,}53

Capacidade calorífica molar:

Substância Química	\ce{N2(g)}	\ce{O2(g)}	\ce{H2O(g)}	\ce{CO2(g)}	\ce{CO(g)}
\overline{C}_{\text{P}}\ (\text{J.mol}^{-1}\text{.K}^{-1})	29{,}13	29{,}36	33{,}58	37{,}11	29{,}14

Tabela de logaritmos:

x	1{,}038	2	3	4	5	6	7	10	13	14	15
\log(x)	0{,}02	0{,}30	0{,}48	0{,}60	0{,}70	0{,}79	0{,}85	1	1{,}11	1{,}15	1{,}18
\ln(x)	0{,}04	0{,}70	1{,}10	1{,}39	1{,}60	1{,}79	1{,}95	2{,}30	2{,}57	2{,}64	2{,}71

Potencial padrão:

Oxidante	\ce{F2}	\ce{Ce^{4+}}	\ce{Au^{3+}}	\ce{Cl2}	\ce{Fe^{3+}}	\ce{H3O+}	\ce{Ni^{2+}}	\ce{Na+}	\ce{Li+}
E^0(\text{V})	+ 2{,}87	+ 1{,}61	+ 1{,}50	+ 1{,}36	+ 0{,}77	0{,}00	- 0{,}25	- 2{,}71	- 3{,}05
Redutor	\ce{F-}	\ce{Ce^{3+}}	\ce{Au}	\ce{Cl-}	\ce{Fe^{2+}}	\ce{H2(g)}	\ce{Ni}	\ce{Na}	\ce{Li}

Tabela Periódica dos Elementos Químicos:

Tabela Periódica dos Elementos Químicos mostrando número atômico, massa atômica, símbolo e nome dos elementos de 1 (H) a 118 (Uuo), incluindo as séries dos lantanídeos (57 La a 71 Lu) e actinídeos (89 Ac a 103 Lr).

Fonte: adapatada do site https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/40332

Um motor de 6 cilindros e volume total de 5.700\text{ cm}^3, utilizado em viaturas leves e blindadas, consome 0{,}5\text{g} do combustível gasoso de composição média \ce{C8H18}, em cada cilindro, por segundo de operação.

Diagrama de blocos mostrando a entrada de ar e combustível para o motor de 6 cilindros, que gera trabalho e expele produtos.

Considerações:

• o ciclo termodinâmico do motor compreende o funcionamento em 4 tempos: admissão, compressão, combustão e exaustão (escape);

• o motor executa 10 ciclos por segundo, ou seja, a mistura de ar e combustível enche os cilindros e depois é comprimida 10 vezes por segundo;

• a mistura ar e combustível é introduzida à temperatura de 100\ ^\circ\text{C}, até que a pressão seja de 1\text{atm} em cada cilindro;

• 20{,}0\% da quantidade de combustível sofre combustão incompleta, sendo convertida em \ce{CO(g)};

• 80{,}0\% da quantidade de combustível sofre combustão completa, sendo convertida em \ce{CO2(g)};

• a mistura de ar e combustível comporta-se como gás ideal;

• as capacidades caloríficas molares são independentes da temperatura; e

• as entalpias de formação a 25\ ^\circ\text{C}.

Determine:

a) a vazão da entrada de ar no motor, em \text{m}^3/\text{s}; e

b) a composição percentual molar dos produtos e a temperatura de combustão, em \text{K}.

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Resolução comentada Em breve: a resolução passo a passo desta questão.

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Questão 8 no caderno Química da 2ª fase do IME 2022

Fonte: IME 2ª fase 2022 · Química. Prova oficial ↗