Um combustível que apresenta 84 \% de carbono, 3,2 \% de enxofre, 4 \% de hidrogênio e o restante em cinzas. Dar a análise de Orsat quando queimado com 30 \% de ar em excesso.

Passo 1

O enunciado dá a composição centesimal em massa de um combustível:
84\% de carbono;
3,2\% de enxofre;
4\% de hidrogênio;
8,8\% de cinzas (inertes).
Pede-se a análise de Orsat dos gases de combustão quando se queima com 30\% de ar em excesso.
Conteúdo: estequiometria da combustão, balanço de mols e composição volumétrica (seca) dos gases de saída.

Passo 2

Adotamos como base 1\,\text{kg} de combustível. Os componentes participativos são C, S e H_{2}; as cinzas não reagem.
Calculamos os mols (em kmol) de cada um:
n_C=\frac{0,84}{12} = 0,0700\;\text{kmol}
n_S=\frac{0,032}{32} = 0,0010\;\text{kmol}
n_{H_2}=\frac{0,04}{2} = 0,0200\;\text{kmol}

Passo 3

Escrevendo as reações completas de combustão:
C + O_{2} → C O_{2}
S + O_{2} → S O_{2} H_{2} + ½  O_{2} H_{2}O
Logo, o consumo estequiométrico de O_{2} (em kmol) é
n_{O_2,\text{req}} = n_C + n_S + \tfrac12\,n_{H_2} = 0,0700 + 0,0010 + 0,5\cdot0,0200 = 0,0810\;\text{kmol}.

Passo 4

Ar contém 21\% de O_{2} e 79\% de N_{2} em mol. Para suprir 0,0810\;\text{kmol} de O_{2} no caso estequiométrico, precisa-se de
n_{\text{ar,st}}=\frac{0,0810}{0,21}=0,3857\;\text{kmol de ar}.
Com 30\% de excesso, entra
n_{\text{ar,act}}=1,30\cdot0,3857=0,5014\;\text{kmol de ar}.
Então chegam
n_{O_2,\text{in}}=0,5014\cdot0,21=0,1053\;\text{kmol},\quad n_{N_2,\text{in}}=0,5014\cdot0,79=0,3961\;\text{kmol}.

Passo 5

Nos gases de saída (antes de secar) formam-se:
0,0700 kmol de C O_{2};
0,0010 kmol de S O_{2};
0,0200 kmol de H_{2}O;
– consome-se 0,0810 kmol de O_{2} e sobra
n_{O_2,\text{ex}}=0,1053-0,0810=0,0243\;\text{kmol};
– sobra todo o N_{2} de entrada: 0,3961 kmol.
As cinzas permanecem sólidas e não entram na contagem de gás.

Passo 6

Para análise de Orsat usa-se gás seco: remove-se a água. Logo o total de mols secos é
n_{\text{sec}} = 0,0700 + 0,0010 + 0,0243 + 0,3961 = 0,4914\;\text{kmol}.
As frações molares (volumétricas) secas são:
\begin{aligned} y_{CO_2}&=\frac{0,0700}{0,4914}=0,1423\quad(14,23\%),\\\ y_{SO_2}&=\frac{0,0010}{0,4914}=0,0020\quad(0,20\%),\\\ y_{O_2}&=\frac{0,0243}{0,4914}=0,0495\quad(4,95\%),\\\ y_{N_2}&=\frac{0,3961}{0,4914}=0,8062\quad(80,62\%). \end{aligned}

Passo 7

Na análise de Orsat:
– o absorvedor de KOH retira C O_{2} e S O_{2} juntos;
– o absorvedor de ácido pirolélico retira O_{2};
– o restante é N_{2} (mais gases inertes).
Portanto, em \,100\% de gás seco de saída teremos:
CO_2 + SO_2 = 14,23\% + 0,20\% = 14,43\%,\quad O_2 = 4,95\%,\quad N_2 = 80,62\%.

Resposta

C O_{2} + S O_{2}: 14,43 %
O_{2}:    4,95 %
N_{2}:    80,62 %

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