Em um calorímetro tipo 'bomb calorimeter' determina-se o poder calorífico inferior (LHV) de etanol. Dados…

Questão

Em um calorímetro tipo 'bomb calorimeter' determina-se o poder calorífico inferior (LHV) de etanol. Dados: massa da amostra m = 1,50 g; massa de água no calorímetro m_água = 3,00 kg; capacidade térmica equivalente do calorímetro C_cal = 500 J/K; temperaturas T_i = 20,00 °C e T_f = 23,25 °C. Use c_água = 4186 J·kg^-1·K^-1 e despreze perdas por convecção. Elabore um relatório técnico que contenha: (a) cálculo do LHV com todas as equações e unidades SI; (b) identificação e estimativa qualitativa das principais fontes de erro; (c) proposta de apresentação dos resultados (tabela e gráfico) para público técnico.

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

Resposta esperada

Resolução-modelo: ?T = T_f - T_i = 3,25 K. Calor absorvido pela água: Q_água = m_água·c_água·?T = 3,00 kg · 4186 J·kg^-1·K^-1 · 3,25 K = 40 813,5 J. Calor do calorímetro: Q_cal = C_cal·?T = 500 J/K · 3,25 K = 1 625 J. Q_total = Q_água + Q_cal = 42 438,5 J. Converter massa da amostra: m = 1,50 g = 0,00150 kg. LHV = Q_total / m = 42 438,5 J / 0,00150 kg = 2,8292×10^7 J/kg ˜ 2,83×10^7 J/kg. Fontes de erro principais: perdas de calor para o ambiente, combustão incompleta, calibração incorreta de C_cal e imprecisão na leitura de temperatura. Estimativa rápida de incerteza por erro de ±0,05 K na temperatura: ?Q ˜ (m_água·c_água + C_cal)·0,05 ˜ (3·4186 + 500)·0,05 ˜ 653 J ? erro relativo ˜ 653/42438,5 ˜ 1,54%, logo incerteza em LHV ˜ ±0,04×10^7 J/kg. Comunicação dos resultados: apresentar tabela com todos os dados e cálculos intermediários (m, m_água, C_cal, T_i, T_f, ?T, Q_água, Q_cal, Q_total, LHV ± incerteza) e gráfico da temperatura vs tempo durante a queima com indicação do intervalo usado para ?T; incluir discussão crítica sobre as fontes de erro e sugestões de melhoria experimental (isolamento térmico, repetição de medidas, calibração do calorímetro).

Explicação

A solução apresenta todos os cálculos necessários para determinar o poder calorífico inferior do etanol, utilizando as equações apropriadas e as unidades do Sistema Internacional. Além disso, identifica fontes de erro relevantes que podem afetar a precisão dos resultados e sugere uma forma clara de apresentação dos dados, facilitando a compreensão para um público técnico. Essa abordagem abrangente garante que o relatório técnico seja informativo e rigoroso, atendendo aos requisitos da questão.

Raio-X da questão

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