Lei dos Gases Ideais
Pressão, volume e temperatura estão inter-relacionados.
A lei dos gases combinados é uma equação derivada da equação da lei dos gases ideais. A lei dos gases combinados estabelece:
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Óleo Combustível |
Valor Médio de Aquecimento (unidades imperiais) |
Valor Médio de Aquecimento (unidades métricas) |
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Querosene Nº 1 |
134.000 Btu/gal |
37,34 MJ/l |
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Óleo Combustível Nº 2 |
140.000 Btu/gal |
39,02 MJ/l |
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Óleo Combustível Pesado Nº 4 |
144.000 Btu/gal |
40,13 MJ/l |
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Óleo Combustível Pesado Nº 5 |
150.000 Btu/gal |
41,80 MJ/l |
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Óleo Combustível Pesado Nº 6 (2,7% de enxofre) |
152.000 Btu/gal |
42,36 MJ/l |
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Óleo Combustível Pesado Nº 6 (0,3% de enxofre) |
143.800 Btu/gal |
40,07 MJ/l |
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Carvão |
Valor Médio de Aquecimento (unidades imperiais) |
Valor Médio de Aquecimento (unidades métricas) |
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Antracito |
13.900 Btu/lb |
32,3 MJ/kg |
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Betuminoso |
14.000 Btu/lb |
32,6 MJ/kg |
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Sub-betuminoso |
12.600 Btu/lb |
29,3 MJ/kg |
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Lignito |
11.000 Btu/lb |
25,6 MJ/kg |
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Gás |
Valor Médio de Aquecimento (unidades imperiais) |
Valor Médio de Aquecimento (unidades métricas) |
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Natural |
1.000 Btu/cu ft |
37,3 MJ/m3 |
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Butano Liquefeito |
103.300 Btu/gal |
28,79 MJ/l |
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Propano Liquefeito |
91.600 Btu/gal |
25,53 MJ/l |
Tabela de Poder Calorífico dos Combustíveis
Onde:
P = Pressão
V = Volume
T = Temperatura
k = Constante para uma quantidade fixa de gás.
P, V e T são denominados variáveis, pois variam dependendo de fatores do mundo real que são então inseridos como valores na equação. A razão de PV para T é constante. Isso significa que, à medida que P aumenta, V diminui, e à medida que V aumenta, P diminui. A relação entre pressão e volume a temperatura constante é inversamente proporcional.
Se a temperatura for mantida constante, um aumento na pressão será acompanhado por uma diminuição no volume.
Se a temperatura for mantida constante, uma diminuição na pressão será acompanhada por um aumento no volume.
Se P for mantido constante, então V e T estão diretamente relacionados, ou seja, se V aumenta, então T aumenta, e vice-versa. A mesma situação ocorre se V for mantido constante, ou seja, P e T estão relacionados, e um aumento em P causará um aumento em T, e vice-versa. A relação entre temperatura e pressão a volume constante é linear, assim como a relação entre temperatura e volume a pressão constante.
Alguns exemplos sem unidades podem ser usados para esclarecer ainda mais a equação.
Exemplo 1
Um sistema de vapor tem uma pressão de 10, volume de 3 e temperatura de 100.
O volume de um sistema de vapor é fixo, pois é um sistema fechado. Aumentar a pressão do sistema para 15 também deve aumentar proporcionalmente a temperatura, pois o valor constante (k) deve ser mantido para que a equação seja válida. É possível calcular T, inserindo o novo valor de pressão mais alto de 15 e resolvendo a equação.
P = 15
V = 3
K = 0,3
T = ?
PV / T = k
(15 x 3) / T = 0,3
(15 x 3) / 0,3 = T
(15 x 3) / 0,3 = 150
Da mesma forma, uma redução na pressão levará a uma redução na temperatura porque o volume é mantido constante.
Se o volume for mantido constante, um aumento na pressão será acompanhado por um aumento proporcional na temperatura.
Se o volume for mantido constante, uma diminuição na pressão será acompanhada por uma diminuição proporcional na temperatura.
A lei dos gases ideais é utilizada para calcular pressões, volumes e temperaturas de um gás em várias condições. Uma vez que esses valores são conhecidos, é possível determinar aspectos como:
- A quantidade de energia que o sistema contém e quanto pode ser transferido para o ponto de uso, por exemplo, para uma turbina a vapor.
- O dimensionamento e a espessura das tubulações do sistema necessárias.
- O tamanho das caldeiras necessárias.
- Velocidade do gás dentro do sistema.
Alguns desses dados são então tabulados em uma tabela de gases, ou quando usados para vapor, uma tabela de vapor. Tabelas de vapor são essenciais ao projetar e operar um sistema de vapor.
Recursos Adicionais
https://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ideal-gas-law
https://chem.libretexts.org/Bookshelves