Duda - Alcano

Sobre os hidrocarbonetos saturados e suas formas isoméricas, podemos dizer que duas substâncias representam corretamente formas isoméricas quando:

O gás metano (CH₄) pode ser formado a partir da decomposição de matéria orgânica que é compactada em aterros sanitários, como resultado da ação de bactérias que vivem sem a presença de oxigênio (bactérias anaeróbias). Sabe-se que, em regiões tropicais, a produção de metano acontece mais rapidamente do que em regiões de clima frio.

Sobre esse processo, assinale a alternativa correta.

Considere um motor-foguete hipotético que usa metano criogênico e oxigênio gasoso, funcionando em regime permanente. Nesse motor, uma pequena porcentagem do combustível é injetada (vaporizada) junto com o oxidante em uma pré-câmara de combustão, na qual os gases de combustão (mistura rica em oxigênio) movimentam uma turbobomba que pressuriza o combustível a ser queimado na câmara principal, junto com os gases de combustão da pré-câmara.

São fornecidos os seguintes requisitos para esse sistema.

I. O calor liberado na câmara de combustão deve ser de . A combustão é completa e gera apenas produtos gasosos.

II. A tubeira (região de saída dos gases) absorve do calor gerado na câmara de combustão. Esse calor deve ser trocado com , que também funciona como fluido de refrigeração. Esse material pode ser aquecido até uma temperatura de antes de ser injetado, na forma gasosa, na câmara de combustão. Desconsidere o gasto de energia na mudança de fase do metano, que pode ser feita por meio da variação de pressão durante a injeção na câmara principal.

III. A turbobomba funciona com uma eficiência de , ou seja, do calor gerado na pré-câmara de combustão, se torna útil para a pressurização do metano. Considere também que, para cada grama de metano a ser pressurizado, a turbobomba precisa gerar de energia.

São fornecidas as entalpias de formação em , além da entalpia de vaporização da água . Também são dados o calor específico e a temperatura inicial do metano: e , respectivamente. Considere que os dados termodinâmicos não dependem da temperatura e da pressão.

Com base nessas informações, faça o que se pede.

a) Escreva a equação química balanceada da reação de combustão do metano e calcule a entalpia de combustão, de acordo com o requisito I.

b) Calcule as massas necessárias, em , de combustível e de oxidante para atender ao requisito I, usando a reação balanceada do item "a".

c) Calcule a massa de , em , que deve ser injetada na pré-câmara de combustão.

d) Calcule a massa mínima de , em , necessária para resfriar a tubeira, conforme o requisito II.

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