Um forno industrial queima biomassa à taxa de 100 kg/h com poder calorífico inferior Q = 15 MJ/kg. (a) Calcule…

Questão

Um forno industrial queima biomassa à taxa de 100 kg/h com poder calorífico inferior Q = 15 MJ/kg. (a) Calcule a taxa de energia liberada em kW; (b) calcule a potência convertida em trabalho mecânico se a eficiência útil for 60%; (c) explique como a conservação da massa aparece nos fluxos de entrada e saída e discuta implicações para sustentabilidade do processo.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculos: ? = 100 kg/h = 100/3600 ˜ 0,02778 kg/s. Potência térmica P_th = ?·Q = 0,02778 kg/s · 15·10^6 J/kg ˜ 4,17·10^5 W ˜ 417 kW. Potência útil P_u = ?·P_th = 0,60·417 kW ˜ 250 kW. Conservação da massa: a massa de biomassa entrada (100 kg/h) aparece nas saídas como massa de produtos de combustão (gases), vapor d’água e resíduos sólidos (cinzas); numericamente a soma das massas de saída por unidade de tempo deve igualar 100 kg/h (desconsiderando pequenas variações por reações químicas envolvendo substâncias externas). Implicações para sustentabilidade: controlar e tratar emissões gasosas e particulados reduz impactos ambientais; reciclar cinzas como fertilizante pode reduzir resíduos; melhorar eficiência diminui consumo de biomassa por potência útil gerada e reduz emissão de poluentes por unidade de energia; a análise quantitativa (taxa de massa e balanço energético) permite avaliar sustentabilidade operacional e definir medidas de mitigação.

Explicação

Os cálculos apresentados demonstram a conversão da taxa de biomassa em energia, utilizando as unidades adequadas e considerando a eficiência do sistema. A análise da conservação da massa evidencia que a quantidade de biomassa que entra no forno deve ser igual à soma das massas dos produtos gerados, o que é fundamental para a sustentabilidade do processo. Além disso, as implicações discutidas mostram como a gestão dos subprodutos e a eficiência energética podem minimizar os impactos ambientais e promover a utilização responsável dos recursos.

Raio-X da questão

Questões parecidas com resolução

• Em 1824, Sadi Carnot publicou uma análise teórica dos limites de eficiência dos motores térmicos. Em uma reconstrução…
• Em uma pequena propriedade rural, um motor térmico aciona uma bomba de irrigação durante períodos em que há calor…
• Em uma atividade de laboratório, estudantes representaram dois ciclos reversíveis de Carnot em um gráfico…
• Em uma pequena unidade de processamento de alimentos, uma máquina térmica aproveita o calor de um queimador para acionar…
• Uma equipe de uma universidade brasileira testa cinco configurações de máquinas térmicas e registra, em cada ciclo, as…
• Uma unidade móvel de vacinação precisa retirar 16 MJ de calor de um compartimento refrigerado durante uma rota. A equipe…

Todas as questões de Sistemas Térmicos e Sustentabilidade