Exercícios Resolvidos de Combustão Completa e Ar Teórico

Ver Teoria

Enunciado

Um combustível gasoso possui análise volumétrica de 45 % de C H 4 , 35 % de H 2 e 20   % de N 2 . Determine a quantidade de ar teórico necessária para queimar 3   k m o l desse combustível.

Passo 1

E aí, galera bonita! Bora colocar em prática nosso conhecimento sobre cálculo de ar teórico através de um exercício?

O exercício quer que a gente calcule a menor quantidade de k m o l de ar seco n a r que faça 3   k m o l de combustível composto de C H 4 , H 2 e N 2 passar por uma combustão completa. Ou seja, ele quer saber quantos k m o l de ar temos que usar pra transformar o combustível em C O 2 , H 2 O e N 2 ! A equação da reação abaixo mostra os reagentes e produtos da combustão.

a   C H 4 + b   H 2 + c   N 2 + d   O 2 + 3,76   N 2 ⟶ e   C O 2 + f   N 2 + g   H 2 O

onde a , b , c , d , e , f e g são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão.

Como o ar é composto de O 2 e N 2 , a quantidade n a r de k m o l de ar é a soma entre a quantidade d de k m o l de O 2 do ar e a quantidade 3,76 d de k m o l de N 2 .

n a r = d + 3,76 d = 4,76 d

Para achar o valor do coeficiente d vamos precisar fazer o balanço químico da equação de combustão.

Passo 2

O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação com combustível misturado é determinar a quantidade de k m o l dos componentes que formam o combustível. Ou seja, temos que achar a de k m o l de C H 4 , a quantidade b de k m o l de H 2 e a quantidade c de k m o l de N 2 presentes dentro da mistura combustível. Grava pra não errar na prova!

Achamos a quantidade a de k m o l de C H 4 , multiplicando os 3   k m o l de combustível pelos 45   % de C H 4 no combustível.

a = 45 100 × 3 = 1,35   k m o l

Da mesma forma, achamos a quantidade c de k m o l de N 2 , multiplicando os 3   k m o l pelos 20   % de n 2 no combustível. A quantidade b de k m o l de H 2 é encontrada, multiplicando os 3   k m o l pelos 35   % de H 2 no combustível!

c = 20 100 × 3 = 0,6   k m o l

b = 35 100 × 3 = 1,05   k m o l

Substituindo essas informações na equação química de combustão, encontramos a seguinte reação.

1,35   C H 4 + 1,05   H 2 + 0,6   N 2 + d   O 2 + 3,76   N 2 ⟶ e   C O 2 + f   N 2 + g   H 2 O

Com esses coeficientes somos capazes de achar e , g e d no próximo passo!

Passo 3

Fazer o balanço da equação é a mesma coisa que fazer os elementos químicos do lado esquerdo terem a mesma quantidade de k m o l que dos elementos químicos do lado direito! Ou seja, a quantidade de C do lado esquerdo deve ser igual à quantidade de C do lado direito. Por isso, 1,35   k m o l de C dos reagentes deve ser igual a e   k m o l de C dos produtos.

e = 1,35   k m o l

Calculamos o coeficiente g através do balanço de hidrogênio H ! De acordo com esse balanço, os 4 × 1,35 + 1,05 × 2   k m o l de H dos reagentes precisam ser iguais aos 2 g   k m o l de H dos produtos.

2 g = 4 × 1,35 + 1,05 × 2

g = 3,75   k m o l

O coeficiente d pode ser encontrado fazendo o balanço de oxigênio O 2 . Pra isso, os 2 d   k m o l de O presentes nos reagentes têm que ser iguais aos 2 e + g   k m o l de O dos produtos.

2 d = 2 e + g

2 d = 2 × 1,35 + 3,75

d = 3,225   k m o l

Substituindo d na fórmula de n a r :

n a r = 4,76 d

n a r = 4,76 × 3,225

n a r = 15,351   k m o l

Passo 4

Resposta

n a r = 15,351   k m o l

Exercícios de Livros Relacionados

14.21 Calcule a relação ar-combustível teórica, na bases mássica e molar, para a combustão do etanol.
Por que os processos de combustão contribuem para o aquecimento global?