100 mol por hora de butano e 5000 mol por hora de ar são alimentados a um reator de combustão. Calcule a porcentagem de ar em excesso.
Resposta: 61,5%.

Passo 1

O enunciado fornece uma alimentação de 100 mol/h de butano ( \mathrm{C_4H_{10}}) e 5000 mol/h de ar em um reator de combustão. Queremos calcular a porcentagem de ar em excesso, ou seja, quanto de ar foi fornecido além do necessário para a combustão completa. Vamos usar estequiometria de reação química e a composição do ar (assumindo 21\% em mol de \mathrm{O_2}).

Passo 2

Escrevemos a equação balanceada da combustão completa de \mathrm{C_4H_{10}} com oxigênio puro:
\mathrm{C_4H_{10}} + \tfrac{13}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 4\,\mathrm{CO_2} + 5\,\mathrm{H_2O}.

Passo 3

Calculamos a vazão estequiométrica de \mathrm{O_2} necessária. Cada mol de \mathrm{C_4H_{10}} consome \tfrac{13}{2}=6{,}5 mol de \mathrm{O_2}. Para 100 mol/h de butano:
\dot n_{\mathrm{O_2,req}} =100\times 6{,}5 =650\\ \text{mol/h}.

Passo 4

Determinamos a vazão de \mathrm{O_2} fornecida pelo ar. Assumindo que o ar é 21\% em mol de \mathrm{O_2}, de 5000 mol/h de ar temos:
\dot n_{\mathrm{O_2,fed}} =5000\times 0{,}21 =1050\\ \text{mol/h}.

Passo 5

A porcentagem de ar em excesso (iguais à porcentagem de \mathrm{O_2} em excesso) é dada por
\%\text{excesso} =\frac{\dot n_{\mathrm{O_2,fed}}-\dot n_{\mathrm{O_2,req}}} {\dot n_{\mathrm{O_2,req}}}\times100\% =\frac{1050-650}{650}\times100\% \approx61{,}5\%.

Resposta

A porcentagem de ar em excesso é 61{,}5\%.

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