Um combustível de composição (porcentagem em massa): C (72,0), H (8,4), O(8,0), N(2,8), S(3,2) e cinzas ( 5,6 ), produz uma análise de gás de combustão seco de (porcentagem em volume): CO2(12,0), O2(5,0), CO (1,2), N2 (por diferença) e o resíduo sólido da combustão contém 25 % de carbono. Determine a quantidade de ar excedente que é fornecida.

Passo 1

Então, a gente tem um combustível com análise em massa:
C 72,0 %, H 8,4 %, O 8,0 %, N 2,8 %, S 3,2 % e cinzas 5,6 %.
Na combustão a seco, o gás resultante (em volume) é CO₂ 12,0 %, CO 1,2 %, O₂ 5,0 % e o resto N₂.
Além disso, o resíduo sólido (cinza + carbono não queimado) tem 25 % de C.
O que vamos usar:
  • Balanços de massa (C, H, S, O, N)
  • Base de 1 kg de combustível
  • Cálculo do ar teórico (lambda = 1)
  • Cálculo do ar real via N₂ do gás de exaustão
  • Excesso de ar = (ar_real/ar_teórico–1)·100 %.

Passo 2

Base de cálculo: 1 kg de combustível.
Massas de cada elemento:
C = 0,72 kg, H = 0,084 kg, O = 0,08 kg, N = 0,028 kg, S = 0,032 kg, cinza = 0,056 kg.
Resíduo sólido (cinza+C não queimado) tem 25 % de C.
  • Massa do resíduo total = cinza/0,75 = 0,056/0,75 = 0,07467 kg
  • C não queimado = 0,07467 – 0,056 = 0,018667 kg
    Moles de C não queimado = 0,018667 kg / (12 g/mol) = 1,556·10⁻³ kmol.

Passo 3

Balanço de carbono:
Total de C in = 0,72 kg → 0,72·1000/12 = 60·10⁻³ kmol = 0,06 kmol.
No gás seco:
n_CO₂ = 0,12·n_total, n_CO = 0,012·n_total.
Balanço:
0,12·n_tot + 0,012·n_tot + 0,001556 = 0,06
(0,132)·n_tot = 0,058444
n_tot = 0,4427 kmol de gás seco por kg combustível.

Passo 4

Calculando N₂ e O₂ do gás seco:
n_O₂,out = 0,05·0,4427 = 0,02214 kmol
n_N₂,total = 0,818·0,4427 = 0,3621 kmol
Desse N₂, 0,001 kmol vem do N do combustível → N₂ do ar = 0,3621–0,001 = 0,3611 kmol.
Como ar tem 79 % N₂ em mol, n_ar = 0,3611/0,79 = 0,4575 kmol de ar.

Passo 5

Ar teórico (lambda=1):
O₂ teórico para reação completa:
C: 0,06 kmol C → 0,06 kmol O₂
H: 0,084 kg H → 0,042 kmol H₂ → 0,021 kmol O₂
S: 0,032 kg S → 0,001 kmol S → 0,001 kmol O₂
Menos O no combustível: 0,08 kg O → 0,005 kmol O → 0,0025 kmol O₂
O₂,st = 0,06+0,021+0,001–0,0025 = 0,0795 kmol O₂/kg combustível
Ar_st = 0,0795 / 0,21 = 0,3786 kmol ar/kg combustível.

Passo 6

Excesso de ar = (ar_real/ar_teórico – 1)·100 %
= (0,4575 / 0,3786 – 1)·100 %
= (1,209 – 1)·100 % ≃ 20,9 %.

Resposta

A quantidade de ar excedente fornecida é de aproximadamente 20,9 %.

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