Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti
Yüklə 3,69 Mb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Origens, composição e aspectos ambientais do GN, do GLP e do biogás
- Comparação entre as composições típicas do gás natural e do biogás Propriedades Unidade
- Avaliação do potencial de aquecimento global de alguns gases Gases
- Responda em seu caderno 1
- TEMA 1 Avaliando o poder calorífico de diferentes combustíveis
- Poder calorífico do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da lenha Combustível
O Brasil teve em 2014 uma oferta interna de energia (OIE) de aproximadamente 300 milhões de tep (toneladas equivalentes de petróleo). Esse valor se encontra bem diversificado em termos de fontes, o que é favorável, pois permite maior flexibilidade caso alguma das fontes tenha seu potencial reduzido. Origens, composição e aspectos ambientais do GN, do GLP e do biogás De acordo com a hipótese biogênica (a que atualmente possui maior aceitação na comunidade científica), o petróleo formou-se ao longo de milhões de anos a partir de restos de animais e vegetais mortos (aquáticos, principalmente) que foram sendo soterrados por sedimentos trazidos pelos mares. Submetidos a condições de elevada pressão e temperatura, em uma atmosfera com baixo teor de gás oxigênio (ambiente anaeróbio), esses restos foram sendo quimicamente transformados. É possível encontrar depósitos de gás junto ao petróleo (gás associado) ou em depósitos isolados do petróleo (gás não associado). Em ambos os casos, esses depósitos gasosos são classificados como gás natural, cujo componente em maior quantidade é o metano (CH4). Em razão principalmente da elevada pressão nesses depósitos, outros gases encontram-se dissolvidos na mistura complexa que constitui o petróleo, como o propano (C3H8) e o butano (C4H10). Página 66 Tais gases são separados no processo de destilação fracionada do petróleo e liquefeitos ao serem submetidos a pressões elevadas durante o envase, dando origem ao GLP. Compostos como o propano e o butano, formados exclusivamente por átomos dos elementos carbono e hidrogênio, são chamados de hidrocarbonetos. O biogás apresenta composição um pouco mais semelhante à do gás natural, porém ele é produzido pela fermentação anaeróbia, realizada por certas bactérias, de matéria orgânica de origem vegetal ou animal, como lixo orgânico, bagaço de cana-de-açúcar, esterco, entre outros. A composição do biogás é bastante variável, pois as matérias orgânicas que vão fermentar são muito diversificadas. O biogás é formado naturalmente em pântanos, mangues, lagos ou rios, mas sua produção pode ocorrer de maneira controlada e otimizada em recipientes adequados, chamados biodigestores.
Esquema simplificado do funcionamento de um biogestor anaeróbio, aparato utilizado na produção de biogás. Representação sem escala; cores fantasia. Observe a tabela a seguir com as composições típicas do gás natural e do biogás.
*1 MJ = 106 J Fonte consultada: ERIKSSON, O. Environmental technology assessment of natural gas compared to biogas. In: POTOCNIK, P. Natural gas. Rijeka: Sciyo, 2010. p. 131. Disponível em: O biogás é basicamente uma mistura composta de vários gases, alguns em concentrações maiores, como o metano (CH4) e o dióxido de carbono (CO2), e outros em concentrações inferiores, como o gás nitrogênio (N2) e o sulfeto de hidrogênio (H2S). Note que, em razão de o teor de metano ser menor no biogás, o poder calorífico do biogás é inferior ao do gás natural. O biogás é muitas vezes submetido a um processo de purificação que visa aumentar a concentração de metano em sua composição e eliminar alguns componentes que, por serem intensificadores do efeito estufa e/ou da chuva ácida, são prejudiciais ao meio ambiente. Página 67 O potencial de aquecimento global (GWP = Global Warming Potentials) é um indicador que permite avaliar o impacto da substância no aquecimento global. Ele corresponde à razão entre o impacto climático causado pela emissão de determinada massa de um gás de efeito estufa e o impacto causado pela emissão da mesma massa de CO2, que por convenção tem um GWP igual a 1. Avalie na tabela a seguir o GWP de alguns gases.
Fonte consultada: DAWSON, B; SPANNAGLE, M. The complete guide to climate change. New York: Routledge, 2009. p. 194. Como o GWP do metano é igual a 21, para atingir o impacto climático causado pela emissão de 1 kg dessa substância, seria necessária a emissão de 21 kg de CO2. Questões relativas ao texto de abertura
Reflita sobre os tópicos abordados neste capítulo Discuta com seus colegas O que significam os termos “calor” e “temperatura”? Quando se sente frio, pode-se utilizar um cobertor. Por que isso diminui a sensação de frio? A obtenção do gelo a partir de água líquida é um processo em que há consumo ou liberação de energia? Por quê? Você acha que um fogão a gás apresenta a mesma eficiência de cozimento que um fogão a lenha? Por quê? Suponha que se queime 1 kg de lenha em um fogão para se aquecer certa quantidade de água até a ebulição (100 °C a 1 atm de pressão). Se o processo for repetido utilizando 2 kg de lenha e a mesma quantidade de água, haverá alguma mudança? Por quê? Por que carros abastecidos com gasolina conseguem, em geral, percorrer maiores distâncias que os carros abastecidos com o mesmo volume de etanol? A combustão pode ocorrer de maneira completa ou incompleta. É possível determinar a quantidade de calor liberada na combustão incompleta? De onde se origina a energia na forma de calor que é liberada em uma combustão?
Algumas residências, geralmente aquelas distantes dos grandes centros urbanos, utilizam fogões a lenha (A), enquanto nos centros urbanos geralmente se utilizam os fogões a gás (B), que podem funcionar com GLP ou GN. Na abertura deste capítulo foram apresentadas algumas características do gás natural (GN) e do biogás, dois dos combustíveis gasosos disponíveis no mercado brasileiro. Ao se comparar o poder calorífico do GN com o do biogás encontram-se os valores de 48 MJ/kg e 20,2 MJ/kg, respectivamente. Mas o que é exatamente poder calorífico e como se pode quantificá-lo? Qual é sua relação com o conceito de calor? Alguns conceitos fundamentais para essa discussão serão analisados a seguir.
O Universo conhecido é constituído basicamente de matéria e energia. Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. Energia não possui massa, não ocupa lugar no espaço e pode assumir diversas formas: elétrica, nuclear, térmica, gravitacional, entre outras. A energia térmica está relacionada ao estado de agitação da matéria – átomos e moléculas, por exemplo, estão sempre em movimento de rotação, de vibração e/ou de translação. O grau de agitação médio das espécies químicas que constituem a matéria está diretamente associado à temperatura. Ou seja, a temperatura é uma grandeza que está dire tamente relacionada ao estado submicroscópico da matéria. Considere o exemplo de um copo de água líquida gelada recém-retirado do refrigerador. A temperatura do líquido espontaneamente aumentará até que ela se iguale à do ambiente – condição chamada de equilíbrio térmico. O contrário também ocorre: uma xícara de água quente tende a ter sua temperatura diminuída até atingir o equilíbrio térmico com o ambiente. Chama-se calor a energia em trânsito transferida entre objetos com temperaturas diferentes. Por isso, a expressão “hoje faz muito calor”, apesar de comumente utilizada no cotidiano, não faz sentido em um contexto científico. Nem sempre, porém, o calor foi definido como energia. Antes dos estudos conduzidos pelo físico inglês James Prescott Joule (1818-1889) e por outros pesquisadores nos anos de 1840-1850, inúmeros cientistas de prestígio, como o francês Antoine Lavoisier (1743-1794), acreditavam que o calor era uma espécie de fluido, uma substância que permeava todos os corpos e escoava de um para o outro enquanto eles tivessem temperaturas distintas. Essa ideia ficou conhecida como teoria do calórico.
Frequentemente se utilizam os termos “frio”, “quente”, “morno”, “gelado” etc. para expressar a sensação captada pelos receptores térmicos. No entanto, essa é uma avaliação qualitativa da temperatura de um sistema. Um dos primeiros instrumentos produzidos com a finalidade de avaliar a temperatura dos corpos, o termoscópio a ar foi projetado pelo físico italiano Galileu Galilei (1564-1642) no final do século XVI. Esse aparelho passou por vários aperfeiçoamentos, como a incorporação de escalas numéricas, até chegarmos ao termômetro analógico atual. Seu funcionamento está baseado na troca de energia na forma de calor que ocorre entre o corpo cuja temperatura se queira medir e o líquido no interior do aparelho até que se alcance o equilíbrio térmico. Quando colocado em contato com um corpo mais quente, o líquido contido no interior do termômetro, geralmente mercúrio, expande, pois os átomos que o compõem agitam-se com maior intensidade e ficam mais afastados uns dos outros. Esse fenômeno é conhecido como dilatação térmica. Com a calibragem adequada, essa dilatação fornece uma medida da temperatura do corpo. No Sistema Internacional de unidades (SI), temperatura é medida em kelvin (K), embora no dia a dia ela seja medida em grau Celsius (°C) ou em grau Fahrenheit (°F), dependendo do lugar do mundo. 
FOTOS: Charles D. Winters/Science Source/Latinstock Adilson Secco Adilson Secco Em razão do fenômeno da dilatação térmica, o volume de mercúrio presente na parte interna do termômetro aumenta quando o aparelho é mergulhado em água morna. A energia na forma de calor sempre se transfere espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio. Representação sem escala; cores fantasia. Outra situação que possui uma descrição cotidiana incompatível com o contexto científico é o uso do cobertor. Ao contrário do que o conhecimento comum possa indicar, um cobertor não proporciona aquecimento, ele apenas dá a sensação de que se está aquecido ao evitar que o corpo troque energia na forma de calor com o ambiente – ele exerce o papel de isolante térmico. Considere os conceitos de calor e temperatura no aquecimento de água líquida para fazer chá ou café. Ao colocar uma chaleira com água sobre a chama de um fogão a gás ou sobre a chapa de um fogão a lenha, a energia na forma de calor liberada na queima do combustível é transferida para a chaleira (geralmente de metal, que é um material com alta condução térmica) e dela para o líquido em seu interior. Com a energia recebida, as moléculas de água passam a se agitar mais intensamente, de modo que sua temperatura aumente. Página 70 Se a chama do fogão a gás for apagada ou se a chaleira for retirada da chapa do fogão a lenha, as moléculas de água e a chaleira passam a ceder energia na forma de calor para o ambiente até estarem na mesma temperatura – tem-se, então, um equilíbrio térmico. O gás GLP contém uma mistura de hidrocarbonetos na qual o butano (C4H10) é um dos principais constituintes. A combustão do butano pode ser representada simplificadamente pela equação: C4H10(g) + Fenômenos em que há liberação de energia são chamados exotérmicos. Já a passagem da água do estado líquido para o de vapor ocorre com a absorção de energia e pode ser representada simplificadamente pela equação: H2O(l) + energia ⇌ H2O(v) Fenômenos em que há absorção de energia são chamados endotérmicos. Esse tipo de equação em que o calor é representado como uma substância participante da reação provavelmente teve origem a partir da teoria do calórico discutida previamente. Mesmo sabendo que energia e matéria são entidades distintas, essa representação ainda é usada. Há também fenômenos físicos que liberam energia (um exemplo é a condensação do vapor-d’água presente no ar, que ocorre no vidro do carro em dias com baixas temperaturas) e fenômenos químicos que absorvem energia (um exemplo é a decomposição sob aquecimento do carbonato de cálcio (CaCO3), que produz óxido e cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO2)). Calorimetria A energia pode ser utilizada para realizar vários tipos de tarefas, como movimentar objetos contra uma força oposta (transferência de energia na forma de trabalho) ou alterar a temperatura de um objeto (transferência de energia na forma de calor). Quando se levanta um objeto, se ferve água ou um carro se desloca, ocorrem fenômenos que envolvem a participação de energia. No SI, a unidade oficial para as grandezas trabalho, energia e quantidade de calor é o joule (J), que corresponde à energia gasta na forma de trabalho quando um ponto de aplicação de força de 1 N se desloca de uma distância igual a 1 m na direção da força. Outra unidade de uso frequente é a caloria (cal), que corresponde à energia necessária para elevar a temperatura de 1 g de água em 1 °C (especificamente de 14,5 °C para 15,5 °C). Frequentemente usam-se os múltiplos kJ, que corresponde a 1.000 J, e kcal, que corresponde a 1.000 cal. Nesta obra, a relação entre kcal e kJ será assumida como igual a: 1 kcal = 4,184 kJ A principal utilidade de qualquer combustível é liberar energia na forma de calor quando participa de uma reação de combustão (reação que ocorre geralmente na presença de gás oxigênio). Uma das formas de comparar a eficiência de diferentes combustíveis é analisar seus poderes caloríficos, grandeza definida como a quantidade de energia liberada na queima de uma unidade de massa (ou de volume, no caso dos gases) do material combustível. Observe na tabela a seguir os poderes caloríficos dos combustíveis utilizados nos fogões a gás e a lenha em kJ/kg.
Fonte consultada: REINATO, C. H. R.; BORÉM, F. M.; PEREIRA, R. G. F. A. Comparação da qualidade do café em coco secado com lenha e GLP. In: SIMPÓSIO DE PESQUISA DOS CAFÉS DO BRASIL, 3., 2003. Porto Seguro. Anais... Brasília, DF: Embrapa Café, 2003. p. 163. Disponível em: Yüklə 3,69 Mb. Dostları ilə paylaş:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(v) + energia