Uma análise volumétrica dos produtos da combustão do octano (C8H18) em base seca produz
de
de
de N 2 . Calcule a razão ar-combustível e o fator de excesso.
Passo 1
O enunciado dá a composição volumétrica, em base seca, dos produtos da combustão do octano (
):
-
de , -
de , -
de .
O que o problema pede:
- Calcular a razão ar–combustível (presumo que seja a razão em massa: massa de ar / massa de combustível).
- Calcular o fator de excesso de ar (denotado por
, razão entre ar realmente fornecido e ar estequiométrico).
Informações úteis que vamos usar (sem resolver ainda):
- Combustão estequiométrica completa do octano (formação apenas de
e ):
portanto o consumo estequiométrico de oxigênio é
mol
por mol de combustível.
- Ar atmosférico (mol fracções aproximadas):
, . Assim, para cada mol de do ar há mols de . - Mmassa molar adotada para o combustível:
. - Massa molar do ar, calculada como
.
A resolução começa no Passo 2.
Passo 2
Determinar quantos mols de gases secos saem por mol de combustível queimado, usando a fração de
.
Seja
o número de mols de produtos secos formados por mol de combustível. Sabemos que, por mol de
, formam-se
mols de
. Como a fração molar de
nos produtos secos é
(ou
em fração), vale:
Passo 3
Escrever as expressões para os mols de
e
nos produtos, em função de
.
Como os produtos secos somam
mol por mol de combustível:
- mols de
nos produtos:
- mols de
nos produtos:
Passo 4
Relacionar o
dos produtos com o ar fornecido e obter uma equação para
.
O
nos produtos vem do ar inerte. No ar há
mols de
por mol de
. Se
é o número de mols de
fornecidos pelo ar por mol de combustível, então:
Logo
A quantidade de
consumida na reação é a diferença entre o
fornecido e o
que sobra nos produtos:
Sabemos que, por mol de
, o consumo estequiométrico de
(se a combustão for completa formando
e
) é
mol. Portanto impomos:
Passo 5
Resolver a equação para
.
Multiplicando a equação por
para limpar denominadores:
Calcular
. Então os termos com
somam:
Logo
Isolando
:
Portanto a fração de
medida nos produtos secos é
. (Isso também implica
nos produtos
.)
Passo 6
Calcular o número de mols de
fornecidos e o fator de excesso
.
Com
temos (por mol de combustível):
Logo mols de
fornecidos:
O consumo foi (verificação)
próximo de
(diferenças por arredondamento).
O fator de excesso (razão entre O
fornecido e estequiométrico) é
Em porcentagem de excesso de ar:
de excesso de ar.
Passo 7
Calcular a razão ar–combustível (massa ar / massa combustível).
Primeiro, mols de ar fornecidos por mol de combustível. Cada mol de ar contém
mol de
, então:
Massa de ar por mol de combustível:
Massa de combustível por mol é
.
Logo a razão ar–combustível (massa) é
Passo 8
Resumo numérico (valores com arredondamento razoável):
-
(fração molar de nos produtos secos). - Fator de excesso
(ou de excesso de ar). - Razão ar–combustível (massa)
.
Resposta
Razão ar–combustível
Fator de excesso (ou
de excesso de ar)
Fator de excesso