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Q3918032 Engenharia Química e Química Industrial
Atualmente, existe uma grande procura por novas tecnologias de conversão de energia. As células a combustível de metanol direto (DMFCs) são uma promissora tecnologia em que a principal vantagem é a operação em baixa temperatura e a facilidade de transporte do combustível. Essas células utilizam uma solução de metanol (3 mol L–1) que reage em uma camada catalítica para formar dióxido de carbono. A água é consumida no ânodo, e os íons H+ são transportados através da membrana de troca de prótons até o cátodo, onde reagem com o oxigênio para produzir água. A seguir são mostradas as equações das semirreações desse processo. Os elétrons são transportados por meio de um circuito externo do ânodo para o cátodo, fornecendo energia aos dispositivos conectados.  

CH3OH + H2O → 6 H+ + 6 e + CO2 (ânodo) O2 + 4 H+ + 4 e → 2 H2O (cátodo) 

Devido às características de operação e restrições, essas células operam com potências de saída da ordem de 0,3 kW. Para um sistema projetado para fornecer 24 V, a corrente que passa pelo circuito é de 12,5 A.
Dado: ℱ = 96.500 C mol–1.
Considerando que o sistema acima descrito opere por um período de 100 horas, qual é o valor mais próximo do volume, em litros, de solução de metanol consumido? 
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[CH3OH] = 3 mol/L | i = 12,5 A | t = 100 h (360000 s) | f = 96.500 c/mol

1- Formula de carga elétrica -> Q = i x t

Q = 12,5 * 360.000 = 4.500.000 A/s [c]

2- Proporção

96.500 c - 1 mol

4.500.000 c - n mol -> ne- ~ 46 mol

3- Como 1 mol de CH3OH está p/ 6 mols de e- -> nCH3OH ~ 7,6 mol

4- Como [CH3OH] = 3 mol/L:

3 mol - 1 L

7,6 mol - V L -> V ~ 2,5 L

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