Em uma câmara de combustão, etano (
) é queimado a uma vazão de
com o ar que entra na câmara de combustão a uma vazão de
. Determine a porcentagem de excesso de ar usada durante esse processo.
Passo 1
O enunciado fornece e pede o seguinte:
- Dados:
- Vazão de combustível (etano):
. - Vazão de ar que entra:
.
- Vazão de combustível (etano):
- Pergunta: determinar a porcentagem de excesso de ar usada, ou seja, quantos por cento a mais de ar foi fornecido em relação ao ar estequiométrico necessário para combustão completa.
- Suposições que vou adotar (porque o enunciado não especifica):
- Combustão completa do etano: todos os carbonos viram
e todos os hidrogênios viram . - Ar seco com composição aproximada por volume:
de e de . A partir disso usarei a fração mássica de oxigênio no ar (ou em massa). - Pesos atômicos usados (aproximações comuns):
, , .
Nada mais será tentado aqui; a resolução começa no Passo 2.
- Combustão completa do etano: todos os carbonos viram
Passo 2
Escrever e balancear a reação de combustão estequiométrica do etano (
):
- Nosso objetivo é montar a equação do tipo
e achar . - Contagem de átomos:
- Carbono: há 2 átomos em
, então precisamos de moléculas de . - Hidrogênio: há 6 átomos em
, cada tem 2 H, logo precisamos de .
- Carbono: há 2 átomos em
- Agora contar oxigênios nos produtos: cada
tem 2 O → átomos; cada tem 1 O → átomos; total de O = átomos, isto é moléculas de . - Portanto a reação balanceada estequiométrica é:
Passo 3
Calcular a massa de
necessária por massa de etano:
- Massa molar do etano:
- Massa molar do
: - A reação pede
mols de por mol de . Então a massa de por mol de etano é - Logo a razão (massa de
necessária) por massa de etano é Interpretação: para cada de etano precisamos de aproximadamente de oxigênio para combustão completa.
Passo 4
Converter a massa de
necessária em massa de ar estequiométrico:
- Precisamos saber a fração mássica de
no ar. Usando a fração molar típica e , a massa molar média do ar é com . Numericamente, - A fração mássica de oxigênio é então
- Assim a massa de ar estequiométrico necessária por massa de etano vale
(Interpretação: aproximadamente de ar são necessários para cada de etano para a combustão estequiométrica.)
Passo 5
Calcular a vazão de ar estequiométrico correspondente à vazão de combustível dada:
- Com
e a razão estequiométrica , a vazão de ar estequiométrico é
Passo 6
Calcular a porcentagem de excesso de ar:
- Definição: excesso de ar (
) é - Substituindo
e :
Passo 7
Interpretando e arredondando: o resultado indica que há aproximadamente
de ar a mais do que o necessário para combustão estequiométrica. Esse valor depende ligeiramente das aproximações usadas (pesos atômicos e fração mássica de
no ar); usando aproximações comuns o valor fica entre
e
. Força aí — dá para arredondar a
algarismos significativos sem problema.