(Balanço material na combustão de um óleo combustível) Um óleo combustível é queimado em um forno gerando um gás de combustão com a seguinte análise de Orsat: CO2 =13,2%, O2=3,6%, CO=0,4%. Calcule:
b) razão mássicas: ar de combustão / óleo combustível e gás de chaminé / óleo combustível;

Passo 1

Beleza, aqui a gente tem um óleo combustível (que a gente vai “chutar” como C₁₂H₂₆, que é bem típico pra dodecano) queimando e, no gás de saída (seco), uma análise de Orsat mostra:
  • CO₂ = 13,2%
  • O₂ = 3,6%
  • CO = 0,4%
  • N₂ = 100 − (13,2 + 3,6 + 0,4) = 82,8%
O que vamos fazer aqui é:
  1. escrever a reação de combustão completa (com excesso de ar, daí sobra O₂),
  2. relacionar moles de ar e moles de gás seco pela quantidade de N₂,
  3. achar quantos moles de ar precisamos pra gerar aquela % de CO₂, CO e O₂,
  4. converter em massas e daí calcular as razões mássicas ar/óleo e gás/óleo.
Conteúdo usado: balanço estequiométrico de combustão e conversão mol ↔ massa.

Passo 2

Escrevendo a reação base (em molar) pra 1 mol de combustível C₁₂H₂₆:
C12H26 ;+; a,O2 ;+; 3,76,a,N2 ;longrightarrow; 12,CO2 ;+;13,H2O ;+;b,CO ;+;c,O2 ;+;3,76,a,N2
Aqui:
  • = moles de O₂ “teóricas + excedentes”
  • o fator 3,76 acompanha o N₂ do ar (para cada mol de O₂ vem 3,76 mol de N₂)
  • mol de CO (vai dar 0,4% no gás seco)
  • mol de O₂ que sobra (3,6% no gás seco)

Passo 3

Na análise seca do gás de saída (ou seja, excluindo o H₂O), temos frações molares:
  • 12 = yCO2;nrm seco = 0,132,nrm seco [6pt] b = yCO;nrm seco = 0,004,nrm seco [6pt] c = yO2;nrm seco = 0,036,nrm seco [6pt] 3,76,a = yN2;nrm seco = 0,828,nrm seco
Se chamarmos o total de moles de gás seco formado, então:

Passo 4

Da primeira equação dá
nrm seco = 120,132 = 90,909;mol
E daí, da relação do N₂:
3,76,a = 0,828;times90,909 Longrightarrow a = 0,828 times 90,9093,76 approx 20,02;mol de O₂

Passo 5

Como “ar” vem como nrm ar = a,(1 + 3,76) = 20,02times4,76 approx 95,30;mol de ar , o total de moles de ar consumido, , é

Passo 6

Passar pra massa:
  • massa molar do ar (média) ≈ 28,84 g/mol
  • massa molar do combustível C₁₂H₂₆ = mrm ar = 95,30;moltimes28,84;tfracgmol approx2,748,5;g g/mol
Então
mrm combust = 1;moltimes170;tfracgmol =170;g
mrm armrm combust = 2,748,5170 approx16,17 l[tfracg arg ó<=or] ;;Longrightarrow;; 16,17;tfrackg arkg ó<=o
Razão mássica ar/óleo:
óó

Passo 7

Pra achar a massa do gás de chaminé total (incluindo H₂O), soma-se:
  • gás seco: Mrm seco = 0,132cdot44 + 0,004cdot28 +0,036cdot32 +0,828cdot28 approx30,256;tfracgmol mol
  • H₂O: toda vinda de mrm seco = 90,909times30,256 approx2,748,5;g → 13 mol de H₂O
Massa do gás seco:
mrm H2O = 13;moltimes18;tfracgmol =234;g
mrm gás = 2,748,5 + 234 =2,982,5;g
Massa da água:
mrm gásmrm combust = 2,982,5170 approx17,55 l[tfracg gásg ó<=or] ;;Longrightarrow;; 17,55;tfrackg gáskg ó<=o
Total do gás de chaminé:
á
Razão mássica gás/óleo:
ááóáó

Resposta

  • óó
  • áóáó

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