6.Um secador industrial é alimentado diretamente com gases de uma combustão,onde o queimador opera com gás metano.O ar ambiente alimentado ao queimador contém uma umidade de 2,5 % molar(água).O engenheiro da planta recebeu o Orsat dos gases dessa combustão,onde se lê: N2=81,44 % ; CO2=3,1 % ; O2=15,46 % .O engenheiro deseja conhecer com que umidade os gases são alimentados no secador.(Resp.:8,11\%)

Passo 1

O enunciado pede a umidade molar dos gases de combustão que alimentam o secador. O queimador usa metano ( CH4) e ar ambiente com umidade de 2,5% (molar). O Orsat forneceu a composição dos gases secos de exaustão:
N2=81,44%, CO2=3,10%, O2=15,46%.
Para resolver, vamos:
1. Fazer o balanço molar para 1 mol de CH4.
2. Expressar as quantidades de N2, O2, CO2 e H2O em função do ar úmido alimentado.
3. Ajustar a vazão de ar usando a fração de CO2 seca dada pelo Orsat.
4. Calcular finalmente a fração molar de vapor d\textquotesingle água nos gases úmidos.

Passo 2

Definimos:
A = moles de ar úmido alimentado por mol de CH4.
Ar úmido tem 2,5% de H2O e 97,5% de ar seco. No ar seco, O2 é 21% e N2 é 79%.
Logo, em A moles de ar úmido temos:
O2^in = 0,21cdot 0,975,A = 0,20475,A,
N2^in = 0,79cdot 0,975,A = 0,77025,A,
H2O^in = 0,025,A

Passo 3

Reação de combustão completa de 1 mol de metano:
CH4 + 2,O2 longrightarrow CO2 + 2,H2O
Portanto consome 2 mol de O2 e produz 1 mol de CO2 e 2 mol de H2O.
Nos gases de saída secos (antes de acrescentar o vapor d\textquotesingle água) teremos:
O2^ex = 0,20475,A - 2, N2^ex = 0,77025,A, CO2^ex = 1
O total de moles de gás seco é
nseco = 0,20475,A - 2 ;+;0,77025,A;+;1 = 0,975,A - 1

Passo 4

Usamos a fração molar de CO2 seca do Orsat:
10,975,A - 1 = 0,031Longrightarrow 0,975,A - 1 = 10,031 = 32,258
0,975,A = 33,258 Longrightarrow A = 34,113 mol de ar úmido por mol de metano ú

Passo 5

Agora calculamos o vapor d\textquotesingle água total nos gases de saída:
–\ Vapor gerado pela combustão: 2 mol.
–\ Vapor presente no ar: 0,025,A = 0,025times34,113 = 0,8528 mol.
Total de H2O:
nH2O = 2 + 0,8528 = 2,8528 mol
O total de gás úmido é
nacuteumido = nseco + nH2O = (0,975,A - 1) + 2,8528 = 32,258 + 2,8528 = 35,1108 mol
A fração molar de água é
xH2O = 2,852835,1108 approx 0,0811 = 8,11%

Resposta

A umidade molar dos gases de combustão que alimentam o secador é de 8,11 %.

Exercícios relacionados