Uma caldeira a óleo combustível promove combustão parcial com a seguinte composição de gases na chaminé: CO2-12,0%, O2-4,5%, CO-1,0%. Determine o coeficiente de excesso de ar.

Passo 1

O enunciado informa que, na combustão parcial do óleo combustível, a análise seca dos gases na chaminé apresenta as frações molares:
CO2=12,0%, O2=4,5%, CO=1,0% e o restante é N2.
Para calcular o coeficiente de excesso de ar lambda, vamos usar a análise de gás seco e comparar o ar realmente fornecido com o ar estequiométrico para oxidar todo o carbono a CO2.

Passo 2

Adotamos base de 100 mol de gás seco na chaminé. Então:
CO2=12 mol, CO=1 mol, O2=4,5 mol.
O nitrogênio fica
N2=100 - (12 + 1 + 4,5) = 82,5 mol

Passo 3

O N2 vem do ar fornecido. O ar tem 79% de N2 em base molar, logo o número de mols de ar efetivamente circulante x satisfaz
0,79,x = 82,5 Longrightarrow x = 82,50,79 approx 104,43 mol de ar

Passo 4

Esse ar forneceu O2 em quantidade
O2,;fornecida = 0,21,x = 0,21times104,43 approx 21,93 mol
Como sobra 4,5 mol de O2 nos gases de saída, o consumo real de oxigênio foi
O2,;consumida = 21,93 - 4,5 = 17,43 mol

Passo 5

A quantidade de carbono que saiu nos gases é
underbrace12CO2 + underbrace1CO = 13 mol de C
Para oxidar completamente esses 13 mol de carbono a CO2 (combustão estequiométrica), seriam necessários 13 mol de O2.

Passo 6

O coeficiente de excesso de ar lambda é a razão entre o oxigênio consumido (equivalente ao ar fornecido) e o oxigênio estequiométrico:
lambda = O2,;consumidaO2,;estequiométrica = 17,4313 approx 1,34 é

Resposta

O coeficiente de excesso de ar vale aproximadamente lambda = 1,34.

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